超流氦系统负压换热器研究进展

近年来我国大型低温制冷系统研制取得了较大的进展,对超流氦低温系统的研制提出了需求,而超流氦系统的高效运行离不开负压换热器。文中介绍了超流氦低温系统中负压换热器的研究进展、传热机理中存在的问题及其未来发展的方向,为负压换热器的设计以及以后的探索提供参考。     

小型外置式氦低温纯化器的换热器设计与优化

在整个氦制冷循环系统中,用来净化低温氦气中杂质的外置式纯化器起着不可或缺的作用。而在整个纯化器的设计中,换热器的设计显得极为重要。该设计选择套管换热器,首先确定套管换热器的内外管径以及壁厚;其次根据经验公式通过低温氦气的工况得出换热管的总换热系数,对换热器盘绕直径进行优化后确定换热器尺寸;然后通过对研制出的纯化器进行实验分析,验证换热器的性能符合设计要求。     

金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析

氩氦刀低温探针换热器的性能直接影响其探针的降温速率及其治疗温度,采用金属泡沫圆管换热器可简化低温探针的结构并提高换热效率。文中基于氩氦刀的工作原理和金属泡沫圆管换热器的换热特点,采用平行流模型分析该种换热器不同填充圆管长度和工质(氩气)流体回流时间对换热器性能的影响以及温度场分布。     

低温发电用翅片管换热器传热特性的数值模拟分析

为了深入研究低温余热发电系统用翅片管换热器的传热特性,文中建立了翅片管换热器计算模型,对工质R123在翅片管换热器内的传热性能进行数值模拟,比较管内工质R123在不同流速与温度时的换热特性,利用最小二乘法原理,对烟气侧和工质侧的换热关联式进行了拟合,得到了二者的换热准则方程,此外,利用实验方法对模拟结果进行验证。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

CGSE中液位指示稳定的低温沸腾换热器的设计

低温地面支持设备系统CGSE是用于冷却第二代阿尔法磁谱仪AMS02的磁体组件并将超流氦注入AMS02磁体杜瓦的低温设备系统。介绍用于CGSE系统中液位指示稳定的补液式低温沸腾换热器,介绍了换热器的技术特性、设计原理、结构特征和技术要求。该低温沸腾换热器的结构特征主要在于两个筒体的使用,其中加注液体及装液位计的稳定筒与沸腾的换热筒是分开的,通过封头连通,减小了沸腾引起的液位计信号波动。另外的一个结构特征是汇气管的使用,降低了气流对液位的冲击。最终实现了液位指示稳定,提高了低温沸腾换热器的换热性能,具有显著的经济效益和社会效益。     

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔2K垂直测试恒温器设计

1.3GHz超导腔是北京大学超导加速器装置(PKU-SCAF)中的关键设备,在正式安装之前,需对其进行超流氦条件下的性能测试。在2K垂直测试恒温器功能及流程分析的基础上,对恒温器关键部件进行了强度计算,形变分析、温度场仿真分析,给出了关键设备-低温负压换热器的设计参数,对垂直测试恒温器2K温区进行了热负荷分析与计算,确定了恒温器的结构形式,为恒温器的低温测试和稳定运行提供了理论依据。     

氦液化器内纯化器实验与模拟研究

利用内纯化器实验平台,对氦氮混合气体及氦氧混合气体进行了纯化实验,根据实验结果计算出换热器UA随着压力及气体组分的变化,分析冷凝液膜的变化及对内纯化器换热性能的影响;建立全尺寸冷凝换热器模型,增加氦气-空气混合气体,进行模拟计算,得到管内外流体温度场分布,计算UA值的变化并与实验结果对比,进一步计算了管外流体Nu数、Pr数及Re数的变化,并和利用传热科伯因子法计算得到的Nu数相比较,发现在内纯化器冷凝换热器设计中存在的问题及改进的方向。     

纵向翅片扁管换热器的结构优化

通过建立数值优化模型,对纵向翅片扁管换热器进行结构优化,得到了翅片长度、翅片间距及翅片高度对换热器热阻及空气侧对流换热系数的影响,同时还研究了不同热源温度、不同风速时换热器的优化结构,为工程应用提供了参考。