低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第三部分:压降因子和摩擦系数

交变流动蓄冷器的压降因子和阻力系数对实际的工程计算、数值模拟及制冷机的设计有重要的意义 ,然而对低温交变流动蓄冷器的阻力特性一直缺乏系统的实验结果。文中给出了低温交变流动蓄冷器的压降因子及液氮温区交变流动蓄冷器摩擦系数的拟合公式 ,并为常温下的实验对比 ,对低温蓄冷器的设计提供了参考     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第一部分:理论模型分析及实验修正

蓄冷器是脉冲管制冷机等回热式制冷机的关键部件 ,其性能的好坏将直接影响制冷机的性能和效率。交变流动蓄冷器内部热量和动量的传输及转换过程是传热学、流体力学和热力学耦合在一起的复杂问题。文中从声电类比出发 ,提出了交变流动蓄冷器声阻抗分析方法 ,进行了初步的理论发析 ,并通过实验作了进一步的修正。该模型是建立在波动分析基础上的 ,可定性分析相关的实验现象和结果     

液氢温区高频脉冲管制冷机蓄冷器研究

液氢温区制冷机蓄冷器材料的选择对制冷机的性能具有重要的影响。本文开展了液氢温区低温蓄冷材料的实验研究,系统研究了Pb球、Er_3Ni、HoCu_2、高目数不锈钢丝网等多种蓄冷材料对高频脉冲管制冷机的影响。实验测试结果表明,不锈钢丝网的实验效果仍为最佳;而Er_3 Ni的实验效果接近不锈钢丝网;Pb球作为几种蓄冷材料中比热容最高的材料,实验结果却是最差的;本文对此实验现象进行了分析和解释,以便为高频制冷机中蓄冷器材料的选择提供有益的指导和帮助。     

多孔介质内交变流动与换热的格子Boltzmann研究

针对制约脉冲管制冷机效率提高的蓄冷器内交变流动与换热问题,本文使用格子Boltzmann方法计算并分析了多孔介质内交变流动与换热特性。结果表明,交变流动压力波振幅对速度与压力和温度间的相位差的影响很小;通道界面处速度与压力的相位差在某一孔隙率下有一极小值;多孔介质内最大阻力系数与雷诺数的关系可以为设计蓄冷器时填料结构的...     

插入芯体的螺旋型波纹管液氮流动特性仿真研究

液氮在传输管线中的压降特性一直是高温超导电缆低温系统最重要的设计参数之一。以往针对液氮流动阻力的研究大多在直管或环型波纹管方面,主要关注其几何尺寸对压降的影响。然而,实际应用的长距离高温超导电缆更适合应用螺旋型波纹管。本文主要研究螺旋型波纹管插入导体芯后管内液氮的流动特性。通过建立三维数值模型,对螺旋型波纹管中插入直径为5、8 mm的3根或4根螺旋绞织缠绕导体芯时的液氮流动阻力进行对比分析。结果表明,导体芯的粗细、导体芯自身螺旋缠绕的节距、及导体芯缠绕时相互间形成的空隙大小均是直接影响液氮流动压降、摩擦因子的关键因素,并获得了液氮摩擦因子与上述参数的定量关系。     

惯性项对回热器交变流动阻力特性影响分析

基于流体动量方程从机理上分析了交变流动和稳定流动存在差别的根本原因。以动态参数测量为基础,在运行频率30～60 Hz,最大热端压比1.3,充气压力1.0～3.0 MPa,等温条件下,首次定量化研究了惯性项对小管径(φ8 mm)、高目数丝网(300～500目)填充回热器交变流动阻力特性的影响。综合频率和压比对交变流动回热器阻力特性的影响,可以得出结论:在本实验条件下,回热器交变流动系统中的惯性力与压力相比始终是个小量,从流动角度来说,可以对回热器中气体交变流动作准稳态处理。     

交变流动下丝网回热器中压降特性的数值分析

本文建立了低温制冷机回热器的多孔介质模型,推导出丝网型多孔介质中渗透率和惯性项系数的表达式,该式考虑了回热器的结构尺寸、交变流动及频率、大温差等的影响.在此基础上,通过数值方法研究了交变流动中不同工作频率下的回热器的压降特性,结果表明,回热器两端压降幅值与系统工作频率基本成线性关系;回热器中大温差引起的气体物性变化在交变流动阻力计算中不容忽视,考虑温差影响时计算的压降幅值与实验符合较好,而忽略温差影响时最大偏差达20%以上.     

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...     

高温超导电缆波纹管内液氮流动阻力特性实验平台搭建与分析

介绍了搭建高温超导电缆用波纹管内液氮流动阻力特性实验平台的搭建过程及其工作方式与原理。给出液氮的流动阻力特性实验测试,并与数值计算结果进行了对比分析。实验结果表明压力损失随着液氮流量的增大逐渐增大,出压差大致与流速的平方成正比。     

脉冲管制冷机动态特性数值计算研究

针对脉冲管制冷机内部交变流动及多孔介质蓄冷机的特点建立了数值计算模型,采用改进的数值模拟方法对脉冲管制冷机内部气流的交变流动、换热以及制冷过程进行了详尽的数值研究,得到了脉冲管制冷机内各参数的动态变化,分析了各动态参数变化对制冷机整机性能的影响,并从提高数值方程的计算精度和收敛性方面给出了改进的数值模拟方法。模拟分析与实验结果符合良好。该模拟方法的特点从基本流动换热微分方程出发,尽可能多的考虑实际制冷机工作过程中的各种不可逆因素,包括实际气体的物性变化,各部件的流动阻力和传热损失。     

冰盘管密度对蓄冷槽取冷特性影响的实验研究

通过构建高密度直接蒸发式冰盘管实验台,研究了不同冰盘管密度对取冷特性的影响。实验结果表明:随着蓄冷槽中冰盘管密度的增大,可使直接蒸发式蓄冰槽取冷水温进一步降低,取冷速率进一步提高,从而能更好地满足低温送风空调系统的要求及空调高峰负荷变化的需要。     

螺旋型波纹管流阻测量系统研制及液氮压降测量

超导电缆芯通常内嵌于真空绝热波纹管并被管内低温流动介质冷却和保护。螺旋型波纹管因一次成型制作长度上的优势更适合于大长度超导电缆应用。设计并搭建了螺旋型波纹管液氮流动压降特性实验台,不仅可以方便地更换被测波纹管样品,而且允许插入不同规格的线芯模拟物。利用该实验台测量了液氮流量1～9 L/min区间内不同规格(通径11～15 mm)螺旋型波纹管插入4 mm线芯后的流动压降特性。实验结果验证了三维波纹管压降损失数值模型的准确性。同时,通过进行不同尺寸波纹管实验,发现尺寸变化对摩擦因子变化规律的影响不明显,这为通过该实验台获得小管径实验数据用于指导大管径实际应用波纹管设计提供了理论基础。     

波纹管内流动特性的实验研究

随着超导技术的发展,高温超导电缆在电力输运中逐渐得到重视并进行了广泛的研究.由于波纹管具有良好的柔韧性和收缩性,在高温超导电缆中得到应用.波纹管内的流动压力损失参数是高温超导电缆低温系统重要的设计参数,因而研究波纹管内的流动特性具有重要的意义.对通径为6 mm,8 mm和10 mm的波纹管内液氮和氮气的流动特性进行了实验研究.液氮实验结果表明:液氮在波纹管内的流动具有波动性.在4000～40000的雷诺数范围内,测量了氮气的质量流量和压力损失,计算得到流动摩擦系数.分析表明:压力损失随雷诺数的增大而增大;波纹管的摩擦系数要高于光管,摩擦系数随雷诺数的增大而减小,摩擦系数随t/d的减小而减小.     

微槽道内气体流动特性的实验研究

搭建了微槽道的单相实验台,分析了氮气在不同深／宽比、长径比及水力直径的微槽道中流动特性。层流区的摩擦常数与理论预测值吻合较好（除L=20mm工况）,层流到湍流的转捩均有不同程度的提前（转捩Re数在1000左右）;在湍流区,槽道的长径比变小、相对粗糙度的增大（或水力直径的减小）及长度的减小可使流动阻力增大;拟合出了湍流区...     

温度对聚酰亚胺直流击穿特性与闪络特性影响的研究

随着超导技术的迅速发展,高温超导电力设备的工作温度已经可以控制在液氮温度附近,绝缘材料的电气特性是影响电力设备工作性能和运行可靠性的重要因素。聚酰亚胺由于其优异的电气性能和力学性能,广泛应用于常温下电力设备绝缘,而其作为低温绝缘材料应用的研究目前鲜有报道。因此,在液氮温度下聚酰亚胺的绝缘性能研究具有十分重要的意义。文中选取室温附近(300K)和液氮温度(78K)两个温度点,对聚酰亚胺的直流击穿性能和沿面闪络特性进行了测试。研究结果表明温度对聚酰亚胺绝缘材料的直流击穿场强和沿面闪络强度均有一定影响。     

两级4K-脉冲管制冷机数值模拟

针对工作在液氦温区的两组4K-脉冲管制冷机的特性，为模拟和动态显示其内部工作过程和参数变化规律，发展了一种新的欧拉-拉格朗日数值计算模型。采用拉格朗日方法，用移动网格跟踪脉冲管中气体微元随周期性压力波动的具体运动轨迹；采用欧拉法，用固定网格直接模拟蓄冷器内部的动态参数变化。模型还考虑了实际气体工质（氦气）的热物性变化、多层磁性蓄冷材料、冷热端换热器及蓄冷器填料的压力降和非平衡换热等。并采用该模型数值分析一典型两极4K-脉冲管制冷机的气体温度、压力、流量和焓流在一个周期内的变化情况，分析了多层磁性蓄冷材料对制冷机性能的影响。     

热声喷射泵直流抑制特性的理论与模拟研究

基于喷射泵直流抑制的理论基础,采用Fluent分别对喷射泵的局部损失特性进行了交变流动和稳定流动的数值模拟。结果表明当入口雷诺数Re≥10~3时,稳定流动的阻力系数可以为交变流动阻力系数提供一定的参考;且交变流动下,当入口雷诺数较大时的阻力系数ξRe_(max)可以作为交变流动阻力系数的研究对象;以ξRe_(max)作为研究对象,考察了振荡压力振幅和相位差对交变流动阻力系数的影响。     

高温超导限流器终端绝缘材料低温绝缘特性研究

基于高温超导限流器终端的电场分布特点,开展了G10环氧在液氮中的击穿特性研究、G10环氧在低温氮气和液氮中的沿面闪络特性研究,以及液氮和低温氮气的击穿特性研究。实验结果表明,击穿电压受施加电压类型、电极形状和电极间隙长度等因素的影响。利用Weibull分布得到了50%击穿电压和电极间隙的关系。实验结果可作为高温超导限流器终端设计的参考和依据。     

蓄冷器空体积对脉冲管制冷机性能的影响

基于理想气体与蓄冷器的假设,运用热力学第一、二定律对蓄冷器进行热力学分析,研究工质温度在蓄冷器单元内的变化,以及脉管制冷机运行频率对工质温度的影响,并运用Matlab软件,对蓄冷器单元内温度进行模拟。研究表明:对于理想蓄冷器,同等压力波幅下,增大频率和蓄冷器空体积,都会增大气体的温度波动幅值。     

液氮流动沸腾换热研究综述

作为一种优良的低温冷却剂,液氮在航天、电子工业、超导磁体和超导电缆冷却及低温生物医疗等领域应用广泛。在这些应用中,准确预测液氮的流动沸腾换热特性对于系统设计和安全运行十分重要。该文主要介绍了液氮流动沸腾换热的特点,对已有的实验和数值模拟结果进行了归纳;并比较了四个液氮流动沸腾换热计算关联式的预测情况,以及关联式中干度、质量流量、热流密度和压力对换热系数的影响;指出了有待进一步研究的课题。