液氮冻结和冻融条件下煤体力学特性及裂隙演化教学实验设计

该文设计了液氮冻结煤岩实验装置,并进行了液氮冻结和冻融条件下煤体力学特性实验,研究了液氮冻结时间和冻融次数对煤体力学强度及裂隙演化的影响规律,定量分析了液氮冷浸对煤体力学特征的影响。通过基于机理分析的实验教学拓展延伸,能够使学生从原理层面分析实验结果,学习宏微观结合的分析方法,加深对实验课程的理解,提高创新能力,开拓学术视野。

液氮发动机试验及效率分析

为了解液氮储能气动发动机的工作特点,实现液氮可用能的高效利用,搭建了液氮动力系统试验台架,测试了发动机在进气压力为0.1-1 MPa和转速为300-1 500 r/min区间内的动力性能和经济性能.分析了试验结果所展现的液氮发动机的动力性能和经济性能随进气压力和转速的变化规律.试验发现,发动机的输出功率与进气压力成正比关系;气阻现象使得发动机效率不随系统压力的增加而增加.系统的不可逆损失归结为内部不可逆损失和外部不可逆损失两部分并建立了相应的数学模型,结合试验数据,计算了液氮的单位质量可用能在系统中的分配.结果说明漏气损失与系统输出具有相同的量级,应该杜绝系统的漏气;换热损失消耗了大部分的液氮可用能,构建高效的液氮动力系统,必须采用多级循环.

双支撑骨柱移植治疗股骨头缺血性坏死的生物力学研究

为探讨双支撑骨柱移植术能否有效恢复股骨头活力及其正常生物力学性能 ,取家犬用液氮冷冻法制作单侧ANFH模型 ,在ANFH修复期模型上 ,行双支撑骨柱移植术 ,在万能材料实验机采用点压技术进行生物力学测定。结果显示 :①股骨头软骨下骨的压缩强度和平均弹性模量 (MPa) :A组治疗侧分别为 2 9.4 4± 3.0 2和 319.6 1± 4 2 .6 8,正常侧分别为 30 .18± 3.5 4和 336 .2 6±4 8.35 ;B组坏死侧分别为 17.83± 2 .5 4和 192 .0 8± 5 .89,正常侧分别为 2 9.6 5± 3.0 4和 343.2 2± 4 4 .97。②股骨头松质骨的压缩强度和平均弹性模量 (MPa) :A组治疗侧分别为 2 0 .6 4± 2 .78和 32 3.5 8± 4 8.92 ,正常侧分别为 2 3.0 9± 2 .5 4和 347.5 7± 5 6 .38;B组坏死侧分别为 11.83± 1.98和 2 0 4 .11± 35 .8,正常侧分别为 2 4 .87± 1.72和 341.6 3± 5 1.0 7。A组两侧差异均无显著性 (P >0 .0 5 ) ,B组两侧差异均有高度显著性 (P <0 .0 1) ,A组治疗侧与B组坏死侧差异均有高度显著性 (P <0 .0 1)。表明双支撑骨柱移植术能有效恢复股骨头的正常生物力学功能。

空间羽流试验台设计与系统测试

基于国外羽流试验经验和国内实际,设计了一套主要由空间环境模拟设备、电加热气体模拟发动机、稳压气源、轴向与径向移动装置、测量系统和温控系统等组成的空间羽流试验系统,并测试了试验系统的温度、压力稳定度等参数。测量结果表明:系统满足发动机模拟空间高度大于100 km长程试车的要求,测试过程中真空舱内压力维持在1×10-3Pa量级,冷阱温度为(93±5)K。系统测量准确可靠,达到设计要求。

短脉冲激光加热下液氮爆发沸腾实验观测

21世纪的超导研究将步入实用化阶段。在超导体工作中,其所处的低温环境(液氮、液氦)有可能受到瞬时高热流的冲击,从而导致爆发沸腾的发生,甚至影响到超导体的安全、稳定工作。对此,有必要进行系统的实验和理论研究,揭示低温工质的爆发沸腾现象与过程特征。本文就是基于这一目的,首次从实验角度观察液氮的爆发沸腾行为,拍摄到液氮爆发沸腾时的系列照片,并测量了脉冲加热期间以及之后的温度变化。发现了一些新颖并值得关注的现象。

带芯波纹管内液氮流动压降特性的实验研究

高温超导电缆大都采用带真空多层绝热保护的双层波纹管作为冷却电缆的液氮套管。波纹管内含有超导电缆时液氮的流动压力损失是冷却系统设计的重要参数。对光管、波纹管和含有模拟内芯的波纹管内液氮流动下的压降特性进行实验测量,对相同流量和流速下3种管路的压降和相同雷诺数下流动阻力系数的进行比较。相同流量下,压降最大为带芯波纹管,其次为空心波纹管,最小为光管,并且3种管路的压降都随着流量增大而增大;相同雷诺数下,流动阻力系数最大为空心波纹管,其次为带芯波纹管,最小为光管,并且3种管路流动阻力系数都随着雷诺数增大减小,并趋向定值。在实验研究基础上,提出了空心波纹管和带芯波纹管内液氮压降的无量纲经验关联式。

收缩扩张管内液氮空化流动演化过程试验研究

本文基于低温空化试验平台研究了收缩扩张流道内液氮非定常空化流动的演化过程.试验采用高时空分辨率的高速摄像机对77 K液氮在不同空化数σ下空穴结构的演变进行了精细化的分析和研究.利用试验得到的空穴长度和面积等数据,定量分析了液氮空化流动的非定常特性与时空演变规律.研究结果表明:(1)在相似来流速度和温度条件下,随着空化数的减小,液氮空化流动呈现四种典型流型,空穴长度在2.5 h以内为初生空化、空穴长度在2.5 h~7.5 h之间为片状空化、空穴长度在7.5 h~15 h之间为大尺度云状空化,空穴长度超过15 h为双云状空化,且在大尺度云状空化和双云状空化阶段均捕捉到了回射流现象;(2)液氮空化流动从初生空化到双云状空化,脱落空穴的尺度逐渐增大,空穴面积脉动的幅值和准周期均有所增加.同时,在大尺度云状空化与双云状空化阶段,喉口处堵塞效应对空化流动的影响显著增强;(3)相比于初生空化,片状空化、大尺度云状空化以及双云状空化中脱落空穴的移动距离依次增加了0.97倍、2.65倍与2.68倍,溃灭时间依次增加了1.18倍、3.59倍与4.47倍,但溃灭速度依次减小了0.10倍、0.20倍与0.30倍.除此之外,对于双云状空化阶段,存在两种显著不同的脱落空穴演化过程.

节流参数对液氮贮箱热力排气系统运行特性的影响

为了研究低温推进剂贮箱的控压特性和热力排气系统的运行特性,搭建了一套以液氮为贮存工质的低温流体高效贮存平台,用于模拟液氧贮箱在热力排气系统运行下的压力变化规律。采用单一变量控制法,进行了不同节流比和节流形式下的液氮贮箱热力排气系统控压的实验研究。分析了不同节流参数下液氮贮箱的压力、温度变化特性和排气质量损失。研究发现,当节流比从2%增大到16%时,系统运行占空比从3.42减小到了2.31,但流体损失量也从0.5%增加到了3.3%。以减少系统工作时间和流体质量损失为原则,得到了液相节流条件下热力排气系统的最优节流比为8%。节流开度同样对热力排气系统的制冷量影响明显,小开度带来的大压差有利于提高系统制冷量。

自由场中液氮单空泡动力学特性的实验研究

本文专门设计搭建了低温介质空泡演化实验测试平台,对液氮单空泡非定常演化过程和动力学特性开展了实验研究.实验中利用电火花瞬态放电激发液氮汽化形成单空泡,通过高速摄影系统对单空泡的瞬态特征进行了精细化捕捉.为了进一步揭示低温介质独特的物理性质以及强热力学效应对单空泡演化过程的影响机制,对比分析了在相同环境压力下,77.41 K液氮和298.36 K水单空泡的演化过程和动力学特性.基于实验得到空泡半径与界面速度等定量数据,阐明了液氮单空泡球形与非球形演化阶段的非定常特性.研究结果表明:(1)在相同输入电压下,液氮单空泡的整体尺寸比常温水更小,当输入电压为400 V时,液氮空泡的最大半径约为常温水空泡的0.69倍;同时,液氮单空泡经历了膨胀阶段-收缩阶段-振荡阶段以及上升阶段的演化过程.(2)液氮空泡的收缩过程主要由相界面的热传导主导,没有明显的塌陷现象,收缩阶段液氮空泡的最小收缩半径约为常温水的5.5倍.(3)在液氮空泡振荡初期,空泡相界面传热增强,Rayleigh-Taylor不稳定与热力学效应共同引起了空泡界面的表面粗化效应;在整个振荡阶段,空泡界面附近存在破碎的小泡.当输入电压较高时,空泡底部的小泡数量显著增多.(4)由于液氮空泡浮力系数较大,液氮空泡在演化后期空泡整体向上迁移显著,液氮空泡底部收缩更快产生凹陷,促使空泡变为环状.

液氮冷疗对急性冠周炎的临床及免疫机理研究

作者采用液氮低温冷冻方法治疗急性冠周炎及动物实验性炎症。冷疗前后分别观测炎性病灶及免疫功能的变化。实验结果表明，急性冠周炎患者体液抗体及淋转率降低，经液氮冷冻局部病灶区后，上述免疫指标明显升高，炎性病灶范围明显缩小，治疗前后比较，差异有高度显著性（Ｐ＜０．０１）。

高压头小流量低温流体泵的设计与试验

基于低温流体泵的设计理论,研制一台高速部分流低温液氮泵用以验证低温下水力特性.搭建一套闭式过冷低温泵外特性低温测试系统,可实现低温流体泵在无气蚀和无气缚条件下测试.设计的增压性系统可控制泵入口流体压力,并监测泵头处液位.通过改变系统管阻和电机变频,试验测试了低温流体泵的各项水力性能,试验结果表明：转速1.52×10^4 r/min,流量0.2L/s为最大效率工况点;此时的压头为46m,功率为200W,效率为36.3%,与理论值偏差分别为12%,4%和9%,具有较好的一致性.低温液氮泵的性能可满足设计要求,外特性低温测试系统精简,测量精度高.

螺旋型波纹管流阻测量系统研制及液氮压降测量

超导电缆芯通常内嵌于真空绝热波纹管并被管内低温流动介质冷却和保护。螺旋型波纹管因一次成型制作长度上的优势更适合于大长度超导电缆应用。设计并搭建了螺旋型波纹管液氮流动压降特性实验台,不仅可以方便地更换被测波纹管样品,而且允许插入不同规格的线芯模拟物。利用该实验台测量了液氮流量1~9 L/min区间内不同规格(通径11~15 mm)螺旋型波纹管插入4 mm线芯后的流动压降特性。实验结果验证了三维波纹管压降损失数值模型的准确性。同时,通过进行不同尺寸波纹管实验,发现尺寸变化对摩擦因子变化规律的影响不明显,这为通过该实验台获得小管径实验数据用于指导大管径实际应用波纹管设计提供了理论基础。