大功率4K脉管制冷机模拟和实验研究

提高液氦温区脉管制冷机的制冷量对于冷却超导磁体和氦液化具有重要意义。本文将已成功应用于单级脉管制冷机和4 K G-M制冷机模拟的回热器模拟软件REGEN用于液氦温区脉管制冷机二级回热器的模拟。计算结果显示,脉管制冷机在4.2 K的制冷量一定程度上随着二级质量流量的增加而增大。在此基础上,我们在实验中采用不同质量流量的压...     

带预冷的4K斯特林型脉管制冷机设计

本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氦温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.     

低温透平膨胀机的热力参数计算及数值模拟校核北大核心

针对某液化装置用一级透平膨胀机进行一维热力参数设计计算并使用商业软件ANSYS进行三维数值模拟的校核。计算表明,一维设计所得结果具有一定准确性。三维校核过程中,分别使用理想气体、PR方程以及He Pak三种不同的氦气体工质物性库,三者对工质密度计算的数据存在较大差别,且压力越大差别越大;喷嘴叶片表面压力分布差别较小,温度分布差别较大;工作轮叶片表面压力分布在前缘处有一定差别,尾缘处变化曲线基本重合,温度分布同样差别较大。此次模拟校核表明,理想气体物性库与实际气体物性库的结果存在一定偏差,故对于小型低温透平膨胀机而言,即便温区在20K以上,也应使用实际气体物性库对其进行数值模拟。     

PAPS超流氦低温系统中2K负压换热器的设计与优化

先进光源技术研发与测试平台(PAPS)需要2K超流氦系统为超导腔提供低温环境,2K负压换热器是低温系统的关键部件,考虑氦工质的物性随温度变化较剧烈,采用分段法对换热器进行计算,建立了2K负压换热器的计算模型,基于该模型编写了换热器的设计及校核计算程序,并对换热器进行了优化。结果表明,结构参数对换热性能有较大的影响,优化后的换热器所需的换热面积减小,换热系数增加,低压侧压降降低。     

焦炉气低温氢分离流程制冷循环

我国每年随焦炉气排放到环境中的氢气是数百亿立方米。文中提出分区液化的低温分离法将焦炉气中的氢分离并同时液化。通过CH4及N2的理想蒸汽制冷循环计算,结果表明CH4的制冷系数是N2制冷系数的2.7倍,而相应卡诺效率是1.6倍。通过Ne、H2、He的理想气体制冷循环计算,结果表明Ne的制冷系数和热力学完善度都最高。从热力学角度而言,可分别采用CH4和Ne作为制冷剂组成制冷循环。     

高密度流体He+H_2混合物物态方程研究

选择高密度流体He +H2 混合物作为研究对象 ,用Ree混合规则和vanderWaals单组分流体变分微扰理论加量子力学一级修正模型编制计算程序。作为对计算模型及其程序的检验 ,首先用已有的α exp 6优化势参数 ,计算了T =30 0K的He +H2 混合物的等温相平衡线 ,得到了与实验值和分子动力学 (MD)数值模拟一致的结果 ,然后进一步计算了 0～ 60GPa和 5 0～ 70 0 0K压力温度范围内的流体He+H2 混合物 (He∶H2 分别为 1∶1、1∶3、3∶1摩尔比 )的高压物态方程。与Monte Carlo模拟数据所进行的比较表明 ,在低温下 ,量子力学修正对热力学量的计算是重要的     

高密度流体He+H2混合物物态方程研究

选择高密度流体He H2混合物作为研究对象，用Ree混合规则和van der Waals单组分流体变分微扰理论加量子力学一级修正模型编制计算程序。作为对计算模型及其程序的检验，首先用已有的α-exp-6优化势参数，计算了T=300K的He H2混合物的等温相平衡线，得到了与实验值和分子动力学(MD)数值模拟一致的结果，然后进一步计算了0～60GPa和50～7000K压力温度范围内的流体He H2混合物(He H2分别为1：1、1：3、3：1摩尔比)的高压物态方程。与Monte-Carlo模拟数据所进行的比较表明，在低温下，量子力学修正对热力学量的计算是重要的。     

相变换热混合工质板翅式换热器流动与传热数值模拟

采用由SRK方程计算得出的混合工质物性参数,将具有相变两相流体物性分三部分处理,得出混合工质分段物性数据拟合曲线,并输入FLUENT软件的材料物性数据文件中,作为数值模拟物性参数数据。在上述物性数据处理的基础上,对混合工质天然气液化装置中换热器采用分段方式进行稳态数值模拟研究,得到沿长度方向一定温度下传热系数、压力梯度的变化曲线。通过与MUSE软件数据比较,计算结果有一定合理性,所得结论为有相变换热的混合工质低温板翅式换热器的设计和优化提供一定参考。     

大型氦制冷机过程模拟技术应用研究综述

随着超导磁体在大科学工程上的快速发展,大型氦制冷机得到了广泛的应用。由于过程模拟技术有助于系统动态特性认识、控制策略设计、过程操作优化等,大型氦制冷机过程模拟技术开始出现并取得了快速发展。本文调研2004年以来大型氦制冷机过程模拟技术文献,分析大型氦制冷机过程模拟技术特点。根据氦制冷机过程模拟方法和模拟成果,归类总结大型氦制冷机过程模拟技术实施手段和应用领域,讨论大型氦制冷机过程模拟技术及其发展趋势。鉴于过程模拟技术的优越性,未来将会出现功能更强的大型氦制冷机过程模拟器和更多的过程模拟应用。     

低温回热器模型REGEN

回热器是低温制冷机的核心组件,完成回热器的热设计与结构设计等于说完成了回热式低温制冷机设计的主体。通过建立回热器内流体与回热填料的质量方程、动量方程和能量方程并求解可确定制冷机的理论设计性能指标。运用解析方法求解回热器数学物理模型相当困难,因此广泛采用数值求解方法。总结了目前国际上主流的回热器物理数学模型,介绍并比较回热器性能仿真软件REGEN、Sage和DeltaE,重点介绍REGEN的原理、特点、功能和应用等方面,并指出其不足之处和发展方向。     

壳管相变蓄热器强化传热实验研究

为了强化相变蓄热器传热性能,本文设计了三种新型壳管相变蓄热器结构,并对其换热性能进行实验研究。结果表明:在蓄热器内部添加分层结构和斜翅片换热性能最高,内部温度达到均匀化的时间随换热单元数增加而增大;换热管道间翅片的添加可有效地强化换热效果,改善蓄热器内部出现的温度严重分层现象,温度分布更加均匀;在研究范围内,换热流体温度的增加可有效提高蓄热器的换热效率,缩短相变时间。     

活性炭吸附氦气式回热器的吸附特性研究

回热式低温制冷机在空间探测和地面实验中都有重要应用,但是在液氦温区工质氦气的体积比热容高于目前几乎所有的蓄冷材料,导致回热器效率低下.直接使用活性炭吸附一部分工质氦气作为蓄冷填料是一种潜在的解决方案.基于4～J10 K温度区间内吸附量的实验数据,建立了低温动态吸附计算模型,分析了液氦温区动态吸附特性对回热器性能参数的影...     

Assessing the use of 3H–3He dating to determine the subsurface transit time of cave drip waters

³H–³He measurements constitute a well-established method for the determination of the residence time of young groundwater. However, this method has rarely been applied to karstified aquifers and in particular to drip water in caves, despite the importance of the information which may be obtained. Besides the determination of transfer times of climate signals from the atmosphere through the epikarst to speleothems as climate archives, ³H–³He together with Ne, Ar, Kr, Xe data may also help to give new insights into the local hydrogeology, e.g. the possible existence of a perched aquifer above a cave. In order to check the applicability of ³H–³He dating to cave drips, we collected drip water samples from three adjacent caves in northwestern Germany during several campaigns. The noble gas data were evaluated by inverse modelling to obtain recharge temperature and excess air, supporting the calculation of the tritiogenic ³He and hence the ³H–³He age. Although atmospheric noble gases were often found to be close to equilibrium with the cave atmosphere, several drip water samples yielded an elevated ³He/⁴He ratio, providing evidence for the accumulation of ³He from the decay of ³H. No significant contribution of radiogenic ⁴He was found, corresponding to the low residence times mostly in the range of one to three years. Despite complications during sampling, conditions of a perched aquifer could be confirmed by replicate samples at one drip site. Here, the excess air indicator ΔNe was about 10 %, comparable to typical values found in aquifers in mid-latitudes. The mean ³H–³He age of 2.1 years at this site presumably refers to the residence time in the perched aquifer and is lower than the entire transit time of 3.4 years estimated from the tritium data.     

Li-和Na-单电子解离过程的研究

采用交叉束方法 ,利用负离子源产生的 3— 19keV的Li- 和Na- 轰击惰性气体靶He ,Ne和Ar ,通过静电偏转和位置灵敏探测器区分碰撞后中性粒子束和负离子束 ,测量了不同碰撞系统的中性粒子计数与相应入射负离子计数的比值R(E) ,并得到R(E)与入射负离子能量、负离子种类和靶原子种类的关系. The count ratios R of the neutralized atoms of final state to projectiles Li -and Na -in collision with He, Ne and Ar are measured in the energy range of 3-19 keV. It is found that the count ratios R increase slowly with the collision energy in whole experimental energy range for He, Ne and Ar. For Li -→He, Ne, Ar Collisions, R(He)≈R(Ar)>R(Ne), and for Na -→He, Ne, Ar Collisions, R(He)>R(Ar)> R(Ne).     

Hollow-cathode transverse discharge He−Ne and He−Cd+ lasers

An all-metal hollow-cathode laser tube consisting of a perforated cylindrical cathode surrounded by a coaxial cylindrical anode has been operated as a He?Ne laser at 0.6328, 1.15 and 3.39 μm, and as a He?Cd laser at red, green and blue visible wavelengths, using both de and pulsed-plus-dc excitation. Laser oscillation in He?Zn, Ne?Cd, Xe?Cd and Ar?Cd mixtures has also been obtained. The hollow-cathode discharge consists primarily of an intense cathode glow inside the cathode cylinder, giving a quiet, stable, low-voltage, positive-resistance discharge. Results for the He?Ne and He?Cd laser output versus partial and total pressures and discharge currents are presented. The unoptimized laser performance for the He?Ne case approaches but does not yet equal the conventional positive-column case, while the He?Cd performance for the charge-transfer-pumped green 5378Å line appears particularly promising.     

A^z^＋—H（1s）碰撞中的电荷交换和电离

本文采用与经典轨道蒙特卡罗方法（ＣＴＭＣ）不同的方法，利用精确的量子力学氢原子的波函数，抽样氢原子中电子的位置及动量分布，而不是用经典轨道抽样的办法。仔细计算了Ｈ＾＋，Ｈｅ＾２＾＋，Ｌｉ＾３＾＋，Ｃ＾６＾＋，Ｏ＾８＾＋，Ｎｅ＾１＾０＾＋，Ｓｉ＾１＾４＾＋等全裸离子与氢原子碰撞过程中的电子俘获及电离截面，并给出被俘获后的电子在入射裸离子中的壳层分布图象，实际计算表明，其结果是令人满意的，特别是俘获截     

Zero-temperature equation of state of quasi-one-dimensional H2

We have studied molecular hydrogen in a pure 1D geometry and inside a narrow carbon nanotube by means of the diffusion Monte Carlo method. The one dimensionality of H2 in the nanotube is well maintained in a large density range, this system being closer to an ideal 1D fluid than liquid 4He in the same setup. H2 shares with 4He the existence of a stable liquid phase and a quasicontinuous liquid-solid transition at very high linear densities.