氢低温套管式换热器模拟及实验验证

建立了考虑外管壁轴向导热与辐射漏热的套管式换热器数值模型,对搭建的预冷型液氢温区JT制冷机中套管式换热器出口温度进行模拟,结果表明:考虑外管壁的模型与实验结果更加吻合。利用该模型计算不同压比与流量情况下换热效率变化,流量由10 mg/s升高至30 mg/s,效率降低2.70%;压比由6升高至10,效率升高0.25%。

催化剂与催化方式对生物质/塑料共热解的影响

首先使用HZSM-5作为催化剂,探究原位与异位催化方式对生物质与塑料共热解过程的影响。之后对HY、HZSM-5和Fe/HZSM-53种催化剂进行全面表征,进一步对比研究三者对生物质与塑料共热解过程的影响,并对3种催化剂积炭失活行为进行了分析。结果表明,原位催化生物油产率高于异位催化,但是异位催化方式强化了“双烯合成”和芳构化等反应,显著提升了芳烃的选择性,高达82.8%。过渡金属Fe的引入提高了催化剂抑制积炭的能力,Fe/HZSM-5催化剂结焦量远少于HY和HZSM-5催化剂,仅为3.77%。同HZSM-5相比,Fe/HZSM-5中Bronsted酸强度减弱,略微降低了碳氢化合物的选择性,但是将碳氢化合物中芳烃的选择性提高了16.7%。由于焦炭的附着,反应后的催化剂比表面积、孔容和酸强度均有所降低,进而降低了其催化活性。

不同冷凝段温度下液氮脉动热管可视化实验研究

脉动热管作为一种高效换热元件,能够在低温制冷机的冷量传输过程中发挥重要作用。对脉动热管内流型的可视化研究能够全面掌握工质的流动与传热机理,但由于低温环境可视化实验的复杂性,目前从实验中获得的低温脉动热管流型特性是稀缺数据。通过搭建低温脉动热管可视化实验台,采用制冷机作为冷源,系统地研究了以氮为工质时冷凝段温度对装置传热性能的影响。结果表明,充液率较低时,冷凝段温度越高,启动所需的热负荷越低,但易出现干涸现象;中等充液率工况下在冷凝段温度较低时由于流道未全部启动,热阻会升高,全局运行后热阻降低稳定;高充液率下气液运动稳定,随着热负荷增大,热阻下降后保持不变;各充液率下冷凝段温度的升高皆有利于脉动热管全局运行,并获得更低的热阻。

无油有阀线性压缩机性能测试及优化研究

为探究恩布拉科(Embraco)无油线性压缩机WMD7H驱动液氦温区JT制冷机可行性,对该压缩机进行了性能测试。介绍了恩布拉科压缩机运行机理,搭建了压缩机测试系统。以氦气为工质,在低压压力保持在约0.1 MPa条件下,该压缩机稳定运行时最高压比可达10,对应质量流量为7.5 mg/s,此时效率为21.3%;当压比为5、流量为13.5 mg/s时,最高可获得39.4%的效率。

液氢容器真空夹层氢吸附剂研究进展

基于液氢容器高效氢吸附剂对使用方式、材料改性、性能评价和用量计算的需求,讨论真空夹层中的气体负荷来源和真空寿命,总结液氢容器常用氢吸附剂的种类、材料以及吸附性能研究方法.真空夹层主要的残余气体是材料放出的氢气,通过合理使用吸附剂可以显著延长容器寿命.根据吸气机理可将氢吸附剂分为低温吸附剂、金属氧化物、离子交换沸石分子筛和非蒸散型吸气剂4类,并从实验测试和理论模型2个方面总结了吸附性能的研究方法.

基于硅基回热器的微型脉管制冷机的数值模拟

随着电子器件热流密度的不断增加,开发和使用结构紧凑且高效的微型制冷器件已非常迫切。使用Fluent 19.0软件对基于硅基回热器的微型脉管制冷机在不同回热器空隙率、冷热端温度和相位条件下的制冷性能进行了数值计算。结果表明:硅基回热器的空隙率对制冷性能有重要影响;在固定几何参数下,存在一个最佳空隙率使得制冷机的COP最大。当工作频率为500 Hz,充气压力0.2 MPa,空隙率为0.87时,微型脉管制冷机能够在293 K提供3.844 W的制冷量,COP为1.007,相对卡诺效率为3.44%。随着冷端温度上升,制冷机的制冷量增加,但相对卡诺效率随之降低。本研究可为微型化制冷机的设计和开发提供一定指导。

液氢温区直接节流JT制冷机降温实验

空间用大冷量低温制冷机是实现液氢长期在轨零蒸发贮存的关键技术之一。预冷型液氢温区直接节流JT制冷机无低温运动部件,结构简单,降温过程无需旁通,具备实现空间大冷量制冷的潜力,可单独实现冷量远距离传输。采用直接节流流程方案搭建了用GM制冷机预冷的液氢温区直接节流JT制冷机开式系统实验测试平台,阐述了制冷过程,分析了降温过程存在的问题,在20.8 K测得了10.19 W制冷量。

LNG罐式集装箱主要组成材料放气速率测试

维持高真空对采用多层绝热方式的低温储运设备的性能和寿命具有决定性影响。为准确表征LNG罐式集装箱的真空寿命,采用静态升压法测试LNG罐式集装箱4种主要组成材料(不锈钢、碳钢、玻璃钢和多层绝热材料)的放气速率并对其放气成分进行分析。结果表明:不锈钢(S30408)单位面积放气速率稳定值约为1.32×10^(-10) Pa·m^(3)/(s·cm^(2)),碳钢(Q345R)单位面积放气速率稳定值约为4.30×10^(-10) Pa·m^(3)(/s·cm^(2)),玻璃钢单位面积放气速率稳定值约为6.24×10^(-9 )Pa·m^(3)(/s·cm^(2)),多层绝热材料单位质量放气速率稳定值约为4.79×10^(-9 )Pa·m^(3)(/s·g)。通过对材料放气成分进行分析,多层绝热材料、不锈钢和碳钢的放气成分大部分为H_(2)O,玻璃钢主要的放气成分为N_(2)/CO、CO_(2)和C,碳钢和不锈钢释放的H_(2)明显多于玻璃钢和多层绝热材料。

燃料电池余热驱动吸附制冷复合系统实验研究

回收低温质子交换膜燃料电池运行过程中产生的约70℃低品位废热实现高效制冷是提高冷电联供系统总效率的关键。本文研制并搭建了吸附制冷与固体除湿空调复合系统实验平台,利用燃料电池余热驱动实现高效制冷除湿。实验结果表明,复合系统能有效被70℃低品位余热驱动。提高入口空气的温度或相对湿度能有效提升系统性能,制冷量和COP分别达3.95 kW和0.539。经计算,采用该复合系统回收利用燃料电池产生的70℃低品位余热能大幅提高系统总效率,可达67.3%。

液氢储罐自增压过程的动态模拟

本文基于液氢综合测试平台(Multi-Purpose Hydrogen Test Bed,MHTB)储罐测试结果,对比分析了饱和均质模型、俄罗斯模型和三区模型对自增压过程动态模拟的适用性,对比结果表明三区模型具有相对较高的准确性:三区模型针对50%初始充满率,漏热18.7 W时,在20.57 h时刻的增压模拟值与实验值偏差为7.38%。基于三区模型,结合热力学分析和无量纲化处理,量化分析了自增压过程中温度、压缩因子和密度对增压的贡献程度,解释了MHTB储罐初始压力骤增的主要原因是气相区的迅速过热与温度升高。本文可为液氢存储自增压过程的动态特性模拟提供理论指导。

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。

真空完全丧失下LNG罐式集装箱的储存规律研究

LNG罐式集装箱(简称罐箱)成本低廉,灵活机动,能实现铁路、公路、水路联运,是LNG的一种理想运输方式。真空丧失是LNG罐箱的主要失效模式之一,会影响其安全使用。本文对1AA型40英尺LNG罐箱开展了真空完全丧失的测试试验,得到了维持时间及罐内压力、充满率、液相温度随时间的变化数据。在试验基础上,采用饱和均质模型和俄罗斯模型从理论上研究了不同初始条件下LNG罐箱的储存规律,对比了两种理论模型在真空完全丧失工况下的适用性,研究结果表明:真空丧失条件下,俄罗斯模型对维持时间仍有较高的预测精度。本研究对LNG罐式集装箱的安全使用与应急处理有重要的实用价值。

压电材料驱动的微型回热式制冷机研究进展

在介绍现有高集成度电子器件高效散热需求的基础上,分析了压电材料驱动的回热式制冷机的结构形式、工作性能与技术特点,重点总结了微型斯特林制冷机的研究进展。相比于传统电子器件的集中式散热冷却,采用压电薄膜驱动的微型斯特林制冷机可实现较高的制冷密度,并具有环境友好、可靠性高和制冷温区广等优点,使得该技术在电子器件中芯片的精准高效冷却领域具有较大潜力,但需要从高频微尺度交变流动高效传热机理,微结构回热器优化和超高频大压比驱动源等方面进行更深入的研究。