低温脉动热管冷却超导磁体实验研究

为了研究低温脉动热管(PHP)冷却超导磁体的可行性,搭建了以液氦脉动热管为传热部件的GM制冷机传导型冷却超导磁体模型的实验装置,采用该装置实验研究了48通道液氦PHP的冷却性能和传热性能。该液氦PHP由内径为0.5 mm的不锈钢毛细管制成,其蒸发段、绝热段、冷凝段的长度分别为50 mm、100 mm、50 mm。实验结果表明,液氦PHP可将超导磁体模型从常温冷却至6 K,用时约95个小时,冷却过程中观察到液氦PHP超临界脉动和近临界强化换热现象。在充液率为38%时,液氦PHP最大可传递1.5 W热量,有效导热系数在2000—9200 W/(m·K)之间。而该液氦PHP在充液率为70%时未能正常启动。

干式量热器测量隔热结构热性能实验研究

设计搭建一套基于两级G-M制冷机的圆筒形干式量热器装置,首先分析铜制和铝制量热杆对装置误差的影响,其次对3组不同的隔热结构进行热性能实验测试,并研究不同的边界温度对隔热结构热性能的影响。实验结果表明,铝制量热杆测量误差更小;在高真空环境下,隔热泡沫对复合结构的绝热性能影响不大,MLI或者VDMLI起主要绝热作用;分别改变冷边界温度和热边界温度对隔热结构热性能的影响不同,热边界温度一定,冷边界温度由20 K增大到100 K时,通过隔热结构的热流密度略有减小;冷边界温度一定,热边界温度由300 K增大到350 K时,通过隔热结构的热流密度急剧增大。

套管连续流低温恒温系统的设计与性能实验研究

连续流低温恒温系统是液氮冷冻暂堵研制项目的子系统之一,是实现待冷却套管的均匀、安全、平稳降温的重要配套设备。针对该连续流低温恒温系统开展了用户的需求分析,确定了该系统的主要技术指标和要求,并在此基础之上开展了该低温系统的流程设计和关键部件的结构设计,最后还搭建了低温恒温系统的性能实验台,通过实验验证了系统的合理性,在运行工况附近,兑温器的出口温度波动在0.3 K以内,满足设计的要求。

低温推进剂交叉输送管路关键技术研究进展

低温推进剂交叉输送(CPCF)技术是实现低温火箭动力冗余能力的关键技术之一,能够实现芯级和助推级推进剂的合理利用。该技术的核心部件是芯级和助推级之间的交叉输送管路,主要包括用于切断推进剂流动的隔离阀和管路连接分离装置。为了梳理CPCF核心部件的关键技术,首先对CPCF技术的基本运行原理和发展现状进行了简要阐述;其次对交叉输送管路存在的难点问题进行了归纳总结,主要涉及管路的低温密封、低温推进剂管理以及管路连接分离;最后借鉴相近领域的技术为CPCF技术的研制提供参考。本文对将来CPCF技术的应用具有一定的指导意义。

数据中心自然冷却技术研究进展

数据中心的能耗增长日益受到关注,其能耗的很大部分是用于机房冷却。采用节能冷却方法是节能减排的迫切要求,自然冷却技术是其中的有效方法之一。自然冷却技术的实施有三种主要方式:空气侧自然冷却、水侧自然冷却和热管自然冷却。空气侧自然冷却简便易行且节能效果好,但会影响室内空气质量和湿度。水侧自然冷却可以在原有的空调机组上改造实现,但由于增加了中间传热过程其节能效果有限。热管自然冷却避免了对室内环境的影响,且同时利用相变传热节能效果较好。本文总结了近年来这三种自然冷却技术的最新进展,为这一领域的研究提供参考。

R290工质直线压缩机的性能实验研究

根据R290工质的商业冷柜的制冷需求,开发了直线压缩机样机,开展了国标工况下的制冷性能实验研究。实验结果显示,直线压缩机样机在供电电压145 V,频率70.2 Hz条件下,制冷量为604 W,制冷COP为1.42,部分负荷制冷COP会发生一定的衰减,负荷率越低衰减越大,40%制冷量时COP仅为1.02。降低供电频率导致其与固有频率的偏离增大时,制冷量和COP也出现了较大的衰减。功耗分析表明,为提高直线压缩机能效,需要从直线电机的性能系数和降低活塞与气缸配合间隙两方面同时进行优化。

中国散裂中子源低温系统氦制冷系统的安装与调试

氦制冷系统是中国散裂中子源(CSNS)低温系统的重要组成部分,能够为氢循环系统提供2 200 W@20 K的冷源。介绍了CSNS氦制冷系统的组成及设备布局图及氦制冷系统的调试原理,完成了控制界面图及氦制冷系统的安装和调试准备工作,详细说明了调试的过程,获得了700 W/1 400 W/2 200 W 3种制冷功率下的状态参数。氦制冷系统调试顺利完成,结果满足了验收指标。

基于液氮冷凝的VOCs深冷回收技术研究

挥发性有机物(VOCs)是大气污染控制的重点控制污染物之一,是形成臭氧污染和PM_(2.5)的主要前体物。VOCs排放的控制治理对于人类健康、环境保护以及经济发展具有重要意义。冷凝法是一种可以直接实现废气资源化的回收方式,主要有机械冷凝法和液氮冷凝法。前者受限于制冷温度,难以达到-120℃以下。而液氮冷凝法的制冷温度可低达-180℃,能够满足日趋严格的排放标准。文章针对一种三级液氮冷凝的VOCs回收系统流程及装置开展了分析研究。计算结果表明,系统的经济效益比与处理气量呈弱相关性,而与废气浓度、废气类型密切相关。当浓度从3.8%增加至19.0%时,经济效益比从0.38增长至0.59,年碳减排量从1489 t增加至7484 t。进一步开展了罐区“甲醇+甲叔基丁基醚(MTBE)”、装车台“柴油+汽油+石脑油”以及罐区“柴油+汽油+石脑油”VOCs气体冷凝回收装置工程样机的研制,三者VOCs冷凝液年回收量分别达到69.88,135.41,692.69 m^(3);对应的年碳减排量分别为127,299,1534 t;后两者的年总液氮消耗量大约为2300 t,经济效益比在0.27左右。

空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估

高精度星上辐射基准的建立是提升在轨辐射定标精度的主要技术手段,本文开展了溯源至国际基本单位制(SI)的空间低温绝对辐射基准研究。自主研制高灵敏度低温绝对辐射探测器,设计高热阻的探测器与冷指连接结构以提升灵敏度,通过多级精密温控建立优于0.4 mK的高稳定热环境。采用大冷量两级脉冲管制冷机,通过压缩工质气体的斯特林循环获得20 K的深低温工作环境。建立低温绝对辐射测量链路,评估测量不确定度,并与国家计量科学研究院的基准低温辐射计进行对比。实验结果表明:空间低温绝对辐射计实验样机的灵敏度达到3565 K/W,对0.4 mW量级激光功率的测量重复性达到0.017%,相对标准不确定度为0.029%;与基准低温辐射计的归一化偏差为0.4,验证了不确定度评估结果的有效性。该工作为研制空间低温绝对辐射计奠定关键技术基础,对基于绝对探测器的在轨辐射定标方法研究具有重要意义。

氦低温透平膨胀机的设计和内部流动特性研究

为验证氦低温膨胀机叶片设计的有效性,利用了NUMECA和CFX软件对设计透平流道进行设计工况下的数值模拟计算及分析,其中分别对工作轮流道、喷嘴流道和整体流道进行计算分析,获得了较好的温度场、压力场、相对速度场分布和较高的等熵效率,结果表明了数值计算结果是可信的,叶型设计是合理的。

高温超导滤波器系统散热模拟及实验研究

小型制冷机是高温超导滤波器系统的重要组成部分,在冷端提供冷量的同时需在热端向环境排热。基于模拟和实验,设计了一款散热翅片,并在自然对流的条件下对翅片的散热性能进行研究。结果表明,在功率为12 W时,散热翅片最高和最低温度分别为58.2℃和53.2℃,当在翅片背部增加一层石墨烯导热膜后,最大和最小温度分别降低了3.3℃和4.7℃;采用翅片和环境之间的传热热阻R_(s)来评价两种翅片的性能,铝-导热膜传热热阻介于2.58—3.05℃/W之间,相比于传统铝翅片其与空气传热热阻最高降低了33.3%。

基于热力学理论的涡流管制冷特性研究

为探究热力学理论对应用于创造矿下人工环境的涡流管制冷特性的影响,基于涡流管的能量交换和分离的原理,利用热力学第一定律和热力学第二定律的理论,分析涡流管内部流体热力学特性,探求冷、热流体能量分离机理,获得其制冷特性;利用三维的流体域耦合方法,建立的连续-非连续模型,通过不同数学模型和不同计算方法的计算,与Aljuwayhel的实验结果进行对比,以制冷效应差异作为判定指标,确定了使用SIMPLEC算法实现压力和速度耦合变量的分离求解,采用各向异性的雷诺应力RSM湍流模型最为精准,计算得到制冷效应偏差在12%以内;涡流管内流场的分析可知,管内的流体速度、流体压力、温度流场分布与基于热力学设计的理论基本相符,模拟的管内内部流体温度分离引起的静温变化是由流体热量和功转换所引起的结论,验证了涡流管内部能量传递过程。

基于固体铅的液氢温区温控装置设计与实验研究

对液氢温区基于铅蓄冷的温控装置进行了设计与实验研究。使用冷头温度波动抑制的一维传热方程,讨论了不同材料的衰减比对冷头温度波动抑制效果的影响。搭建了一个液氢温区使用固体铅进行蓄冷以抑制制冷机温度波动的装置。温度抑制实验结果表明,在20 K时,铅蓄冷装置可将制冷机二级冷头温度波动由±300 mK降低到±0.45 mK。实验结果表明,在液氢温区,使用固体介质作蓄冷介质,能够有效地抑制制冷机二级冷头的温度波动。

C_(6)~C_(10)烷醇的SAFT-VR Mie状态方程参数回归及其热物性研究

统计缔合流体理论(SAFT)状态方程对长链烷醇的热物性研究具有重要意义,而状态方程参数的获取是流体热物性研究的基础。基于SAFT-VRMie状态方程,采用Levenberg-Marquardt算法并结合相平衡、过冷液相密度和声速性质的参数回归策略,获取C_(6)~C_(10)烷醇的状态方程模型参数。进一步评估SAFT-VRMie状态方程对C_(6)~C_(10)烷醇在宽温度和压力范围内的相平衡和热力学偏导特性的预测性能,并与PC-SAFT状态方程进行比较。结果表明,SAFT-VRMie对五种烷醇整体具有更优的饱和蒸气压、饱和液相密度、蒸发焓、过冷液相密度、比定压热容和声速预测性能,平均预测偏差分别为0.74%、0.82%、3.02%、0.54%、2.88%和2.31%。同时,SAFTVR Mie具有可靠的外推预测能力,其对高压声速的预测结果与实验数据具有较好的一致性。此外,SAFT-VR Mie对压力-密度导数的不合理描述是造成声速预测偏差的主要原因。改进分子间单体和缔合相互作用能够有效提高比热容的预测精度,为长链烷醇缔合流体的热物性预测提供更好的理论关联模型。

双向进气型脉冲管膨胀机能流分析研究

通过建立双向进气型的脉冲管膨胀机系统焓流模型,分析识别了能流在系统内部流向及变化规律,构建了热端换热器换热物理模型,分析出双向进气结构在模型中对热端换热器的焓流熵流影响。建立系统内小孔阀计算模型,并开展实验测试,获得焓流随时间变化关系。该研究有助于其进行性能预测。

氢无损储存系统研究与设计

针对氢燃料在动力系统中的应用需求,从氢储存和氢增压输送两个方面,综述氢燃料储存的研究现状,探讨氢储存原理、输送方案、适用装置、各自优缺点以及安全控制手段,比较几种无损安全设计方案。依据氢无损储存系统设计要求而设计的液氢储罐,包括储箱形状设计、绝热结构选择、支撑结构设计、防晃设计、强度设计等,进行较为综合的比较与分析;并利用CFD内嵌模块对储罐的传热和强度进行数值计算,评估其低温绝热结构的保冷效果;根据承受载荷,对低温条件下的储罐载荷进行强度计算,分析应力应变特性;最后,进行实验验证该储罐保证热流密度小于1.4 W/m^(2)的无损储存的设计要求。

深冷处理对45钢力学性能和尺寸稳定性的影响研究

本文研究了深冷处理与传统热处理相结合对45钢力学性能、尺寸稳定性和微观组织的影响。结果表明,淬火+深冷处理+回火工艺能够提高45钢的抗拉强度和屈服强度,而对延伸率和冲击韧性影响不明显。淬火+回火+深冷处理后45钢屈服强度略有降低。通过圆环三角法能够有效评价不同工艺处理后试样的尺寸稳定性,淬火后试样残余应力较高,圆环三角试样开口角度变化最大,增加深冷处理改变了角度变化方向,且变化量也较大,高温回火显著降低了材料的残余应力,从而减小了角度变化。淬火后增加深冷处理提高了试样表面压应力,促进了残余奥氏体转变为马氏并使得马氏体基体上析出的碳化物颗粒增加。

冷库制冷剂管路检漏与定位实时模型研究

本文将目前国际上广泛应用于长管道输送系统中的检测管道泄漏的实时模型法应用于液态氨制冷剂管路泄漏研究。并以R22制冷剂来模拟氨系统循环管路,根据动态及泄露实验研究特性,建立检漏、定位的实时模型,并通过实验验证了该模型可以实现高效快速的检漏效果及确定漏点位置,检漏精度可达到3.0%,但定位精度及稳定性与漏点位置有关。这为冷库的安全运行提供了有效措施和理论依据。

电子封装的边界条件独立热阻网络模型的研究

研究倒装陶瓷球栅阵列(flip chip ceramic ball grid array,FC-CBGA)电子封装的边界条件独立热阻网络模型.依据热模型的研究路线图,采用三维有限体积法,建立了详细热模型,所得热阻与模拟冷板实验结果对比的平均误差为3.78%,验证了详细热模型的准确性.在此基础上,建立了FC-CBGA三热阻网络模型,它与详细热模型在加装冷板、热沉、强制对流等21类边界条件下的结温对比误差均小于4%.结果表明,该热阻网络模型具有边界条件独立性,结构更加简单,能快速准确地获取电子封装的结温与热阻,可完全替代详细热模型来分析电子系统的热流路径和热管理.

低温风洞大空间液氮喷雾冷却数值模拟分析

液氮喷雾冷却技术是实现低温风洞的降温及提高风洞试验雷诺数的最佳途径,为了深入研究液氮喷雾在风洞内的降温特性,应用CFD软件对低温风洞中液氮喷射制冷段部分的流动换热进行了数值模拟,分析了不同流场速度对于下游温度场的影响。建立了三维流体动力学模型,考虑顺流与垂直喷射两种喷嘴布置结构,考虑了液滴的蒸发、碰撞与破碎,在不同气流速度和温度下,获得了下游雾场分布特性。数值结果显示:来流速度的增加会加速液氮蒸发,从而降低下游的平均温度,但来流速度的增加会减小下游雾场的覆盖区域,导致计算区域温度不均匀;垂直喷射增加了来流与液氮颗粒之间的相对速度,降温效果优于顺流喷射。