高压气瓶对外输气过程的一种简化热力学模型及应用

航天领域普遍采用工作压力最高可达45 MPa的高压气瓶作为气源,需要时对外输气。对外输气过程中高压气瓶内的气体均会产生明显的膨胀降温效应,降温的气体会将冷量传递给瓶体,对气瓶的安全性可能产生不利影响。本文针对高压气瓶对外输气过程复杂的传热、传质及热力学多变过程,采用虚拟界面的可变容腔建立一套热力学简化模型,以航天领域常用的氮气、氧气、氦气高压气瓶为研究对象,计算并分析了气瓶对外输气过程中降温效应的影响因素及规律,有效解决了多变过程的微分方程解耦问题,并针对膨胀降温效应对气瓶的安全性可能产生的不利影响提出相应对策。     

浮空器氦气纯化方法应用研究

在浮空器使用过程中,外界空气的混入将导致其内部氦气纯度降低,从而影响到浮空器正常使用.文中通过对常用气体分离方法的分析研究,提出了以高压低温冷凝和低温吸附相结合的方式作为浮空器氦气提纯方式的思路,并详细给出了实现工艺流程和控制方案.换热计算结果表明:该纯化方法液氮消耗量小、氦气提纯成本低.     

基于斯特林制冷机的磁体冷却系统实验研究

为了减小磁共振成像低温超导磁体冷却过程中的液氮和液氦消耗,提高降温过程的可控性,提出基于千瓦级斯特林制冷机的氦气循环冷却系统,可将磁体快速冷却至液氮温度以下。对冷却系统建立数学物理模型并开展数值计算,在氦气平均压力为1.7 bar、流速为9.8 m/s时,系统冷却总重量为2 t的室温超导磁体至液氮温度仅需59.0 h。基于模拟结果开展实验研究,在相同条件下磁体实际降温时间为69.5 h,模拟计算与实验结果吻合良好。结果表明,该系统具备快速冷却超导磁体的能力,具有广阔的应用前景和深远的影响。     

以液氮为冷源的氦气强制对流高低温箱实验研究

为模拟航天产品试验所需的极端温度环境和测试产品在较大升降温速率下的耐受能力,研制了充注氦气的高低温试验箱。通过强制对流及辐射换热相结合的方式提高升降温速率,显著区别于热真空罐。开展了该高低温箱的性能验证试验,包括设计温度的上限和下限,达到目标温度的升降温速率以及温场均匀性等,从而评估以液氮为冷源的氦气强制对流高低温箱的工作性能。     

20K氦气循环低温系统的研制北大核心

针对大冷量氦气循环低温系统的研制进行了论述,该系统由氦气循环、低温换热和监测控制三个单元组成。氦气循环单元为氦气提供循环动力,以及压力和流量的调节,氦气循环单元中的氦气压缩机由螺杆制冷压缩机进行改造,同时对螺杆压缩机的冷却、后处理进行了优化。低温换热单元为循环氦气提供冷源,该单元使用的冷源介质为液氮和液氦,先使用液氮对系统进行预冷,然后采取液氦进行降温。监测控制单元对系统中的温度、压力和流量测量点进行监测,上位机软件自动绘制温度和压力曲线,并对数据进行存储。     

20K氦气循环低温系统的研制

针对大冷量氦气循环低温系统的研制进行了论述,该系统由氦气循环、低温换热和监测控制三个单元组成。氦气循环单元为氦气提供循环动力,以及压力和流量的调节,氦气循环单元中的氦气压缩机由螺杆制冷压缩机进行改造,同时对螺杆压缩机的冷却、后处理进行了优化。低温换热单元为循环氦气提供冷源,该单元使用的冷源介质为液氮和液氦,先使用液氮对系统进行预冷,然后采取液氦进行降温。监测控制单元对系统中的温度、压力和流量测量点进行监测,上位机软件自动绘制温度和压力曲线,并对数据进行存储。     

TVS系统低温液体节流数值模型研究

热力学排气系统(TVS)技术是一种广泛采用而有效的航天低温推进剂高效贮存手段。结合热力学排气系统,针对常用的液氮、液氧、液氢等低温推进剂进行了节流制冷性能初步分析和计算,为实现采用TVS系统进行低温推进剂的高效贮存奠定了一定基础。     

新型生物医药实验用低温冷冻干燥机的研制

本课题设计的低温冷冻干燥机以液氮为低温冷源,通过电加热器加热液氮使之汽化,通过控制气体的压力,压出液氮。液氮被压出后流入硅油池的换热器同硅油进行充分换热。在硅油池底部布置一个电加热盘,通过调节加热量,精确控制硅油温度。特制的不锈钢搁板浸入硅油池中进行硅油浴,能够实现良好的传热。测控制系统由上位PC机与下位可编程控制器和数据采集模块共同组成,在PC机上可设置控制参数并进行监控,温度曲线可程序控制,数据采集模块能够自动采集、存储、上传各项数据,数据可以在PC机上处理。     

结构参数及工质对止推气体轴承的影响分析

利用Fluent对环形平板静压止推气体轴承进行了流场的模拟计算,分析结构参数及气体工质对气体轴承静态性能的影响。计算结果表明:环形平板静压气体止推轴承的承载力和最优气膜厚度随着供气孔数目和供气孔直径的增大而增大,而最大静态刚度随着供气孔数目的增加而增大,随着供气孔直径的增加而减小。使用氦气做工质能在小耗气量下获得比空气更大的承载力,但最大静态刚度有所下降,氦气对应的最优气膜厚度约是空气对应最优气膜厚度的1.7倍。     

热力学排气系统气枕压力循环控制研究

对以液氮为工质的热力学排气系统进行了周期性压力循环控制实验,对实验循环过程中的气枕压力波动进行了测量,并对液相同步瞬时温度进行了实时监测。结果显示在前期混合模式阶段,由于外部环境漏热及内部低温泵功热持续向低温液体耗散与积累效应,液氮的平均温度上升速率为0.166K/h;而在后期并行运行模式阶段,低温液体通过节流膨胀产生了制冷效应,由于冷量的输入能够有效降低引起液相温升的热量,因而有效减缓了液体温度上升速率,有节流冷量输入的液体温升速率降低为0.0235K/h。通过数学模型对液相随气枕压力的温升变化速率及各运行模式终了温度进行了仿真,通过比较,发现计算结果与测试数据吻合较好。