基于逆布雷顿循环低温氦透平膨胀机测试平台研制

为了解决EAST低温系统中氦透平膨胀机不稳定性问题和开发新的国产氦透平膨胀机,中科院等离子体物理研究所低温工程研究室研制了低温氦透平膨胀机逆布雷顿循环氦制冷机测试平台,试验平台可以对多种结构类型的低温氦透平膨胀机进行测试,运行效果良好。     

逆布雷顿空气制冷机透平膨胀特性研究

为了深入研究逆布雷顿空气制冷机的降温特性与制冷性能,论文首先采用CFX数值模拟方法,对透平膨胀机冷端通流部分的流动与热力学过程进行了数值模拟,进一步对整机的热力性能进行了分析;在此基础上探讨了制动功率对膨胀机降温特性影响;并改进了逆布雷顿空气制冷机综合实验台,采用风机回路闭式循环,进行了定制动压力和定特性比两种典型制动策略下制冷机降温性能的实验研究。结果表明:通过调节风机闭式循环制动压力来匹配膨胀机工况的变化方案可行,理论预测与实验结果吻合较好;透平膨胀机的绝热效率62%,在120 min内制冷机最低无负荷出口温度达到了-170℃;采用透平膨胀机的逆布雷顿空气制冷机具有优异的制冷性能。     

实际逆布雷顿空气制冷循环的性能研究

对实际逆布雷顿循环空气制冷循环进行了热力学分析,对其循环性能进行了数值模拟研究。结果表明,影响实际循环性能的主要因素有膨胀比、转动部件等熵效率、工作温度等;实际循环中存在一最优膨胀比;制冷机用作空调冷源时,膨胀比在最优膨胀比附近;最优膨胀比的大小受压缩机效率、膨胀机效率、换热器端部温度等因素影响。     

空间逆布雷顿循环制冷机浅析

采用微型全动压气体轴承透平机械和金属紧凑式换热器的空间逆布雷顿循环制冷机 ,可获得 10 K～ 70 K温度级 1～ 5 W的冷量 ,是空间应用领域内热力循环性能系数最好的制冷机之一。而且具有无振动、长寿命的优点。通过对逆布雷顿循环制冷机系统和部件的改进 ,还可实现 4 .2 K～ 10 K温度下 m W级的冷量。文中主要分析了单级逆布雷顿循环制冷机的系统及主要部件 ,并对实现更低温度级的双级逆布雷顿循环制冷机作了简单介绍     

EAST氦制冷机中透平膨胀机升级改造

现有俄制油气混合透平膨胀机严重制约了EAST制冷机的性能和稳定性,同时鉴于EAST装置对制冷机的制冷量和可靠性要求提高,急需对EAST制冷机中透平膨胀机进行升级改造,以满足系统要求。通过编写FOR-TRAN程序计算新制冷量情况下所需膨胀机参数,并进行压机流量和换热器校核,最后通过国际招标,采购新透平膨胀机。     

小型低温透平制冷机中电动机和发电机的应用

介绍了低温领域中小型透平制冷机应用的电动机和发电机,列举了四种主要的应用型式,即:小型制冷机中应用电机驱动压缩机;透平膨胀机中采用发电机制动;发电机吸收同轴膨胀机增压机功差以及电动机发电机两用电机.同时探讨了微型制冷机领域对低温电机的特殊要求及其发展方向.     

EAST氦制冷机冷箱降温过程动态模拟

基于Aspen HYSYS,对EAST氦制冷机冷箱的板翅换热器、透平膨胀机、液氮预冷换热器等部件进行自定义开发,并结合实验数据完成了部件的仿真建模。在部件建模的基础上,建立了制冷机冷箱80K以下流程的降温过程动态仿真模型。实验数据表明,冷箱仿真模型能够反映实际制冷机的降温趋势,可以用来对冷箱降温过程进行仿真。探讨了透平启动时间对降温速率的影响,完成了300K~4.5K的降温过程的动态模拟。     

空气循环制冷机试验台设计与测试

传统氟利昂制冷剂对大气环境有害,破坏臭氧层,是全球气候变暖的主要原因。将空气作为制冷剂的好处是其对环境完全无害,且来源广泛极易获得。空气制冷在低温下性能表现良好,是一种很有前景的新型环保制冷方式。为研究空气制冷循环系统的特性,本文设计、搭建了一套空气制冷循环试验平台,经多次测试,取得了良好的实验结果:透平膨胀机最大转速达到37000r/min,等熵效率83%,系统最低温度达到-86℃,在-30℃时制冷功率达到了6.054k W,制冷效率达到0.504。空气制冷机在低温物流、速冻冷库等众多领域有着良好的应用前景。     

布雷顿-逆布雷顿联合循环最优性能

用有限时间热力学研究布雷顿-逆布雷顿联合循环的热力学性能.调整质量流率和底循环压气机的入口压力优化该联合循环的功率和效率.分析表明,分别存在最佳的燃料流率和底循环压气机的最佳入口压力使循环输出功率最大,最大功率对应顶循环压气机压比有附加的最大值.给定质量流率和动力装置尺寸的情况下,通过合理分配顶循环压气机入口和底循环透平出口之间的流通面积,循环输山功率和热效率可以得到再次优化.     

氦制冷系统透平膨胀机的测试

为满足中国散裂中子源(CSNS)工程预期发展及未来工程升级需要,建立了一套氦制冷系统。该制冷系统采用氦透平膨胀机,通过气体绝热膨胀来获得低温。文中介绍了透平膨胀机的设计参数、启动条件和运行情况,并对透平膨胀机运行性能进行了分析。实验表明,氦透平膨胀机的设计满足了CSNC装置对冷量的需求,透平效率高于设计值。     

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析 ,对脉冲管制冷机制冷功率的提高提出了改进方案 ,搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台 ,在实验中首次采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头 ,对这种换热器的效率在不同实验条件下进行了计算 ,并通过实验验证了这种新型换热器在脉冲管制冷机中应用的可行性。实验表明 :改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键问题。在使用烧结换热器的单级脉冲管制冷机实验台上 ,采用输出功率 3k W的压缩机在 80 K时得到了 35W的制冷量 ,在效率上属国内领先水平。     

驻波型热声制冷机熵产分析

声制冷机是一种新型制冷机,具有无机械运动部件,可靠性高寿命长,采用惰性气体为工质无污染等优点．驻波型热声制冷机的声功泵热效应是不可逆过程,内部不可逆损失导致热声制冷机效率偏低,制约了热声制冷机的发展和应用．本文研究了线性范围内驻波型制冷机换热器和回热器内的可压缩振荡流动与传热过程的熵产,分析了板间距,振荡频率和温度梯度对熵产的影响。     

有限大低温热源混合工质节流制冷循环特性分析

通过深入分析和比较各种单级压缩混合工质节流制冷循环在低温热源为有限大热源时的热力学性能,揭示了不同循环型式之间的内在热力学关系,阐明了该类节流制冷机能够实现深度制冷的内在原因是利用了制冷机的内部热交换来减少节流制冷机所固有的节流过程的不可逆损失,并用实验进行了验证。     

太阳能辅助空气源热泵空调低温特性研究

为了改善和提高空气源热泵空调冬季低温环境下的工作性能,设计了以翅片-套管复合式换热器为核心部件,以太阳能低温热水作为辅助热源的太阳能辅助空气源热泵空调,并对该热泵空调进行了低温工况性能测试。实验结果证明,当室外环境温度低至-15℃时,太阳能辅助空气源热泵空调与单一空气源热泵空调相比,系统性能得到明显改善,COP提高50%以上。     

液氮汽车的无霜换热器的数值分析

提出新型高效液氮汽车主换热器的数学模型 ,并对其传热特性进行动态模拟仿真 ,得到新型无霜换热器空气侧、氮气侧以及换热器管壁的温度分布 ,三者自身的温度分布 ,三者相互影响情况比较合理。氮气的出口温度为 2 93.0 5 K。与设计要求温度 2 93.15 K基本一致     

实际回热式布雷顿制冷机的性能优化

用有限时间热力学方法分析实际回热式布雷顿制冷机的性能特性,以制冷率和制冷系数为优化目标,优化了高低、温侧换热器和回热器的热导率分配以及工质和热源间的热容率匹配,并采用数值计算分析了各参数值对最优性能的影响特点.所得结果对工程制冷系统设计有一定的指导意义。     

气液双热源耦合热泵空调性能模拟研究

建立了气液双热源耦合换热器的耦合换热模型,并对其在耦合热源热泵空调中应用时的制热工况进行了性能模拟研究。模拟结果显示,使用该气液双热源耦合式换热器的耦合热源热泵空调系统,气液双热源模式与单空气热源模式相比,制热量和COP均有明显提高,低温时性能提高更为显著。当室外温度为-15℃时,双热源热泵的制热量较单一空气源热泵提高比例进一步增大,制热量提高近40%,COP提高近30%。     

低温旋转阀脉冲管制冷机实验研究

本文讨论了一种可适用于气体液化的新型脉冲管制冷系统：在该系统中,回热器被间壁式换热器所取代。切换阀置于脉冲管冷端,和脉冲管作为一个整体,起气体膨胀机的作用。我们建立了相应的实验装置以测量整个系统的性能．利用空气作介质,系统进出口温降为６３．６Ｋ,绝热膨胀效率可达４２％。利用氦气作工质,脉冲管冷端最低温度达１６０Ｋ,每１Ｋ有０．７５Ｗ的制冷量。     

Empirical Study of an Air-to-Air Heat Pipe Heat Exchanger in Tropical Climates

Abstract

This article presents the empirical study of a heat pipe heat exchanger that was directly experiencing the ambient tropical air in its evaporator section. The performance of the heat pipe heat exchanger was monitored during two weeks of operation to determine the performance curves. The temperature of return air was controlled at about 22°C as the representative temperature of inside air, and a face velocity of 2 m/s on the heat pipe heat exchanger coil was established for this purpose. It was found that for the present investigation, the heat pipe heat exchanger can pay for itself in 1.5 years.