低温工程领域的新机遇

简要介绍和讨论了低温工程领域3个令人兴奋的进展。首先描述了提高电-燃气轮机混合驱动飞机性能的两个机会:采用超导电机或定子实现超过30kW/kg的推重比,或者使用含液化天然气的混合燃料。第二个机遇是基于氢燃料电池汽车,扼要给出了氢燃料电池汽车在商业部门的快速发展情况,液氢的供应和运输是氢燃料电池汽车相关基础设施的重要组成部分。第三探讨了小型等离子体热核反应装置的新兴发展情况,等离子体热核反应将在未来10到15年成为人类重要的清洁能源来源。由于小型等离子体热核反应装置依赖于工作在超高磁场强度的高温超导磁体,所以它将为低温工程领域带来一系列创新的机会。

液氢温区脉动热管实验研究

为了研究脉动热管用于冷却Mg B——2超导磁体的可行性,对一台自行研制的液氢温区脉动热管实验台开展了实验研究工作。充液率为34.2%时,随着加热功率的增大,脉动热管经历了启动、脉动、极限3个阶段,启动阶段中脉动热管传热温差波动很大,传热性能差,而脉动阶段中脉动热管传热温差很小,传热性能好。脉动热管在加热功率为1.28 W时具有最高的有效热导率为19 k W/m·K,此时蒸发段与冷凝段温差为0.28 K。

氮工质低温脉动热管的数值模拟

低温制冷机被广泛应用于超导体冷却、低温医疗、低温液体贮存等方面,但受到只能在冷头处提供冷量的限制。脉动热管作为一种灵活高效的传热元件,可以与低温制冷机配合以实现分布式冷却和长距离冷量传送。低温工质在物性上与常温工质有很大不同,这使得以氮、氢为代表工质的低温脉动热管的传热和振荡特性有别于以水、乙醇为代表工质的常温脉动热管。针对脉动热管中的长液塞典型流动现象,建立了多气泡-液塞的闭式脉动热管模型,给出了以氮为工质时装置的振荡和传热特性,结果显示氮工质的低温脉动热管与水的脉动热管相比,其内部的长液塞具有更高的振荡频率,且具有更小的传热温差。

不同冷凝段温度下液氢脉动热管实验研究

脉动热管是一种高效的传热元件,可用于将低温制冷机冷头的有限冷量分配到更大的面积、传输到更远的距离。本文采用一台两级GM制冷机作为氢工质脉动热管的冷源,测试脉动热管在不同冷凝段温度下的传热性能,实验中充液率为28%@19K。不控制冷凝段温度(实验A)和将冷凝段温度控制在19 K(实验B)的实验结果表明实验A中的脉动热管在每个热负荷下都有更小的温差和更大的有效热导率。固定热负荷,控制冷凝段温度从16.5 K逐步增加到24 K(实验C),结果表明在此充液率和热负荷下,有效热导率随着冷凝段温度的升高而近似线性增加。在本研究的三组实验工况下,氢脉动热管正常运行范围内,冷凝段温度越高,有效热导率越高。