高效海水淡化的太阳能界面蒸发器研究进展

综述基于光热转换原理的界面蒸发器(SDIE)的最新进展,从性能评估指标和材料设计思路的角度出发,分别介绍光热转换材料、基体和水输送通道及其应用于海水淡化的耐盐设计,并简单介绍SDIE的其他应用领域,最后展望其在海水淡化领域待解决的问题和未来研究方向。

超临界氦贮罐实验研究及漏热分析

采用高真空多层绝热结构,研制了一套超临界氦球形贮罐。对贮罐进行漏热估算和应力校核,漏热估算为1.44 W,应力符合设计要求。在液氦加注过程中,监测液氦温度波动特别大,且温度计引线管上有结霜现象出现,分析漏热原因是出现了剧烈热声振荡。将温度计引线管与增压管连通,连通后热声振荡消除。对该超临界氦贮罐进行液氦密封憋压绝热性能测试,液氦压力到达2 MPa的时间约7.5 h,压力平均上升速率为0.267 MPa/h,换算成漏热量为12 W,仍远远大于漏热估算值,分析是由于在连通管路中形成了环流,造成较大漏热。提出了该类超临界氦贮罐的设计改进原则。

液氢活塞泵的发展现状与关键技术分析

随着我国氢能产业中液氢民用相关国家标准的发布,国内氢液化、储存、运输和加注等液氢产业链条进入高速发展时期。在液氢储运和加注环节,液氢泵是提高能效、降低成本并适用于液氢产业市场化和大规模应用的关键核心设备。总结了液氢泵在液氢产业化发展中的优势,介绍了液氢泵的发展现状。对液氢活塞泵结构进行了分析,给出了液氢流量、液氢排出压力、液氢泵容积效率和液氢蒸发损失量四个衡量液氢泵性能的关键指标。针对影响关键指标的关键因素,进一步分析和探讨了冷量损失抑制技术、机构磨损减少技术以及容积泄漏损失抑制技术等关键技术,对液氢活塞泵的性能改进进行了展望。

航天器变密度多层绝热变工况漏热特性研究

航天器的热控技术在空间应用中至关重要。以探月需求为背景,基于逐层计算法建立了航天器多层绝热材料性能仿真模型,并通过实验进行了验证。对用内热外冷模型变密度填充方式改善多层绝热性能的机制和改善幅度进行了研究。结果表明变密度多层绝热相对于均匀密度多层绝热的漏热量可以减少37.3%。分析了冷边界温度、热边界温度和真空度等因素对绝热性能的影响。

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性,降低装置传导和辐射漏热,提高样品的温度均匀性,基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布,对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明:Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.2115、4.2194 K,温度基本一致,且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数;当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸,试样表面发射率低至0.01时,试样自身温度最为均匀,两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布;小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响,自身温差始终保持最小。

空心玻璃微球储氢研究进展

随着化石燃料的不断使用,CO_(2)的排放量显著上升,从而严重影响了当今生态环境,为了减少CO_(2)的排放,利用新能源代替化石燃料迫在眉睫。氢能源具有高热值、CO_(2)零排放的优点,是化石燃料的良好替代品,但是其密度小、沸点低导致其储存难度大,从而限制了其大规模应用。现阶段氢能源采用高压储氢罐进行储存,存在储氢容量低、运输成本高以及氢脆现象等缺点。新型储氢材料和技术的开发是氢能源大规模商业应用的关键。空心玻璃微球(Hollow Glass Microspheres,HGMs)作为一种中空小尺寸耐压材料,具有良好的稳定性、储氢容量大、成本低、无氢脆等优点,在储氢方面有着巨大的潜力。对空心玻璃微球储氢的进展进行综述,介绍空心玻璃微球储氢机理、影响因素等,并进一步重点介绍了氢气释放速率以及响应时间的研究。

液氢零蒸发储存系统研究现状与展望

液氢储能密度大,应用前景广泛,实现零蒸发储存是液氢储存的目标。介绍了过热蒸气模型、两相流三维理论模型和三区模型等五种典型的理论模型。通过对模型的分析,总结了模型的发展方向主要为大型液氢储罐热分层和自增压现象的理论研究。分析了目前液氢零蒸发储存系统的关键技术,包括被动热防护技术、主动热防护技术和压力控制技术三个方面,指出了绝热材料性能、20 K温区制冷机效率和蒸气冷屏(VCS)为重要的发展方向。对国内外液氢零蒸发储存系统的发展进行了系统性的概述,分析了不同液氢零蒸发储存系统的实验结果,以及特点和不足。最后针对液氢零蒸发储存系统的发展提出了展望。

内纯化器试验平台内部冷头换热研究

为了更好地研究内纯化器的传热传质性能,搭建了内纯化器模拟试验台。对内纯化器模拟试验台进行了简单介绍,着重讨论了内纯化模拟试验台冷箱部分G-M制冷机冷头换热形式对换热的影响,并对其进行了数值模拟。比较了绕管式换热和换热罐两种不同换热形式的换热效果,最后,选择了一种安装方便、换热效果满足要求的换热形式。

低温精馏模拟实验平台的研制

针对目前低温精馏多采用小型低温制冷机作为冷凝器冷源而难以满足工业应用中大规模处理精馏原料的问题,提出将大型低温制冷机应用于低温精馏的方案,设计并搭建了一套基于逆布雷顿循环的低温精馏模拟实验平台,同时满足了冷凝器、再沸器和冷屏的负载模拟要求,解决了回收再沸器冷量过程难以模拟的问题。对模拟实验平台进行了测试,可在20 K温区为冷凝器提供约600~1200 W的制冷量,回收再沸器的冷量,并为冷屏提供500 W以上的制冷量,透平膨胀机效率均在70%以上。本文结果验证了大型低温制冷系统应用于低温精馏技术的可行性。

纳米AlN分散的Bi_(85)Sb_(15)低温热电性能研究

利用机械合金（MA）和放电等离子（SPS）烧结方法,制备出Bi85Sb15/x mol%AlN（x=0,0.1,0.2,0.3）块体材料。在77—300 K温区内,测试了块体材料的电导率、Seebeck系数、霍尔系数和热导率,并由此计算出材料的zT值。结果表明：纳米AlN分散的Bi85Sb15材料,随着AlN含量的增加,样品的迁移率升高,从而明显提高材料的电导率,但Seebeck系数绝对值呈减小趋势。适量的纳米AlN的引入可以形成散射中心,增加对声子的散射作用,降低热导率。当基体Bi85Sb15中加入0.1mol%AlN时,其zT值在250 K取得最大值～0.32,比基体在此温度下的zT值提高了45%。

车载低温高压氢存储技术现状及分析

低温高压氢作为一种新型的高密度储氢技术,近年来成为研究和应用领域的热点。对比了常见的商用储氢方式,总结了低温高压氢存储的优势及储罐基本结构,通过低温高压氢加注特性、新型轻质高强度复合材料和低温绝热等关键技术问题的分析,指出开展低温树脂、纤维、金属内胆的协同研究,降低日蒸发率,实现随机工况下低温高压氢无损加注及低温高压氢的安全问题是未来的研究重点。

谐振管对开口式热声发生器声学性能的影响研究

在传递矩阵模型中引入开口端非线性耗散模型对开口式行波热声发生器理论建模,得到了开口端阻抗实部、开口处体积流率及受末端几何形状影响的压力损失系数之间的关系.对系统谐振频率、内部压力幅值和出口外1 m处声压级的声学特性参数进行了理论分析,并对不同谐振管尺寸和不同锥管锥度进行了实验研究.分析讨论了谐振管长度和直径对系统谐振频率的影响,结果表明:理论模型可以反映谐振管尺寸对谐振频率的影响,计算值与实验值的误差小于5%.锥管可以有效减小开口端的能量损耗,进而显著提高热声装置内部的压力幅值和出口外1 m处声压级,在谐振管直径为46 mm、长度为730 mm及40°锥管情况下,出口外1 m处声压级可以达到110.2 dB.

吸附势理论在10K低温吸附器设计中的应用

以氢气在活性炭中22 K、27 K、32 K、37 K、77.3 K、89 K温度下的吸附数据为基础,根据Polanyi吸附势理论得到了跟温度无关的吸附特征曲线,并利用特征曲线反推对应温度下的吸附等温线;发现吸附势理论对氢气在活性炭中临界温度以下温区较低压力下(小于0.01 MPa)吸附量的预测跟实验数据吻合较好;并根据吸附势理论得到了10 K下氢气在活性炭上较低压力下(小于0.01MPa)的吸附等温线,并设计了250 W@4.5 K氦制冷机工作于10 K温度下的吸附器。

热声系统高温段的漏热分析与防护结构的优化设计

对热声系统高温段的漏热进行理论分析,建立高温段真空防护结构的物理模型,并基于fluent中S2S模型,对模型进行了稳态数值模拟,得到了辐射散热量、导热量、外表面的热流量随加热温度的变化,以及辐射和导热占总漏热量的比值;在此基础上,对防护结构进行优化,提出防护结构2,对比分析了两种热防护结构的防漏热效果。结果表明,真空防护结构会有效的减少系统的漏热,增大系统的热声转换效率,且优化后的结构2较结构1更能有效的减少系统漏热。

螺旋槽止推气体轴承承载能力的数值分析

运用Fluent流体计算软件,求解螺旋槽止推气体轴承气膜压力分布,将计算得到的承载力与文献结果进行比较,验证计算方法的正确性。分析螺旋槽槽数、螺旋角、槽深、槽长比及槽宽比对轴承承载力的影响。结果表明:在槽区气体因受到压缩存在高压区并因此形成承载力;随着槽数的增加承载力逐渐增大并趋于定值;而对于螺旋角、槽深、槽长比和槽宽比,均存在最佳值使承载力最大。

可倾瓦径向气体轴承间隙对其静态性能的影响

采用有限差分法求解三可倾瓦径向气体轴承静态气体润滑方程,得到了稳态时轴瓦与转子表面间的气膜压力分布;在一定静载荷下,计算了不同轴承间隙对应的转子起飞转速及相同工作转速下的最高气膜压力;分析了不同轴承间隙时,转速从起飞转速上升至工作转速过程中转子偏心率和瓦块摆角的变化。结果表明:在一定静载荷下,轴承间隙越大,轴承的最高气膜压力越小,转子的起飞转速越高,偏心率及各瓦块的摆动幅度越大。

大型氦低温系统多变量控制

大型氦低温系统广泛应用于各类大科学装置中,运行中往往会产生热脉冲,通过负载端传导给制冷系统,对制冷系统产生热冲击。为了研究和应对热冲击,建立了一种多变量控制策略并得到了相关仿真和实验结果。首先以真实系统为基础建立了氦低温系统的动态仿真模型,同时建立了一个基于模糊神经网络的多变量协同控制策略,并将其应用在仿真液化器模型和一个真实的氦透平制冷系统上,得到了低温系统降温过程和控制过程的仿真和实验数据。仿真和实验结果显示本策略的偏差积分量为0.016 5,下降时间为102 s,上升时间为112 s。普通PID的的偏差积分量为0.026 9,下降时间为154 s,上升时间为170 s。通过仿真和实验过程的比较,验证了本文建立的动态仿真模型具有可用的精度,证明了本策略具有较好的控制效果。

低温传输管线漏热测试平台设计及实验研究

以同轴型液氦低温传输管线为研究对象,将同轴型液氦低温传输管线简化为液氮传输管线进行模拟研究,得到了管线漏热量及温度分布.设计了低温传输管线漏热测试平台,该平台可实现不同绝热支撑及不同多层绝热材料的对比优化实验,有效评估待测低温传输管线的漏热量,具有样件可替换、测试简便、精确度高等优点,测试精度小于4.2%.基于该测试平台,开展了低温传输管线的性能实验研究,得到单个绝热支撑和多层绝热材料的漏热量分别为0.44 W/m和1.02 W/m,低温传输管线的总漏热量为1.46 W/m;多层绝热材料的表观导热系数为2.79×10-4 W/（m·K）.实验验证了低温传输管线漏热测试平台的有效性和准确性.

微型制冷机做冷源的固体材料导热系数测量装置设计

基于一维轴向稳态热流法,采用微型脉冲管制冷机作为冷源,研究建立了一台可连续测量60—300 K下固体材料的导热系数的装置。该装置采用集成化设计,各组件密集排布,整体结构精简有序,其测量方法采用两探针形式,适用于测量导热系数较小的样品。在高真空的环境下,进一步对该装置制冷机冷头的漏热和样品的漏热进行了分析和计算,得出样品测量时的总漏热约为472.3μW,制冷机及样品台组件的总漏热约为760.0 mW。最后,通过标样测量和误差分析,证明装置具有较小的误差和较高的精度,该装置所测量得不锈钢标准样的导热系数与标准数据仅存在4%左右的偏差。

液氦温区大型低温制冷系统的可靠性评估

针对改进Claude循环的大型氦低温制冷系统,以制冷量不足为顶事件建立了故障树模型。利用结构法对故障树模型进行定性分析,分析得到系统的最小割集为18个。利用来自不同数据库的部件失效率对故障树模型进行定量计算,得到了不同的结果,并分析其原因。对各部件的关键重要度进行了计算,以衡量各个部件对系统发生故障的贡献程度。并通过增加系统冗余部件和提高关键部件可靠度等措施,为提高系统可靠性找到了有效的解决途径。