低温液体BOG再液化系统压力及蒸发率试验研究

为研究低温液体吸热产生蒸发气(Boil-Off Gas,BOG)的动态过程,寻求合理调控低温液体压力和温度的方法,搭建了一套低温液体BOG再液化试验系统。以液氮为工质对120L高真空变密度多层绝热储罐进行了压力、温度及蒸发率测试试验,分析了以上参数与时间的变化规律,计算了储罐静态蒸发率与漏热量。结果表明:储罐压力随时间增加而逐渐上升,在480min之前压力上升速率较快,为10.9Pa/s,之后上升速率逐渐减小。从液相到气相的温度依次升高,液相内部的温度相差较小,约为1.2℃;随时间的增加,液相和气液分界面的温度逐渐升高,气相的温度逐渐降低,480min后达到相对稳定的状态。初始充装率为0.7时,自然蒸发的BOG流量随时间增加逐渐减小;经计算,储罐静态蒸发率为2.04%/d,漏热量为4.1W。试验结果为后续开展低温液体BOG再液化研究提供了相关依据。     

冷氦气瓶放气过程建模及模型有效性验证

采用系统仿真软件AMESim,通过构建冷氦气瓶放气过程中的内、外侧换热模型及气瓶金属壁径向导热模型,数值研究了冷氦气瓶放气过程中的压力、温度特性,并采用冷氦增压系统的低温试验数据开展了仿真模型的有效性验证,得到了以下结论:所提出的计算模型相比绝热放气模型更能反映实际的放气过程,尤其对于放气过程的末期,绝热放气模型的气瓶内介质温度已远远偏离真实过程,而当前模型则很好的与试验数据相一致。     

低温容器夹层真空度对内罐压升率的影响研究

针对低温容器夹层真空失效工况,建立了低温容器夹层真空度与通过内罐壁面热流密度的理论模型,结合ANSYS-FLUENT软件对某立式低温容器内的液氮蒸发过程进行了仿真模拟,研究了初始充满率为50%时,低温容器内罐空间温度及压力随夹层真空度变化的规律。结果表明,随着夹层真空度降低,通过低温容器内罐壁面的平均热流密度增大,内罐中液体温度升高速率增大;当夹层真空完全失效时,内罐压升率分别是夹层真空度为10-3 Pa、1 Pa和10 Pa时的10.4倍、5倍和1.2倍。     

基于压力变化的低温储罐日蒸发率研究

通过进行低温储罐静置试验,研究不同液位条件下罐内压力随时间的变化,根据低温介质物性方程和储罐容积公式,计算得到不同液位条件下储罐日蒸发率。结果表明,静置过程中罐内压力随时间呈线性变化,压力上升速率随液位降低而逐渐增加。日蒸发率随时间动态变化,储罐液位越低日蒸发率越大。当储罐液位从85%降低至12%时,压力上升速率变为原来的3倍,日蒸发率增加40多倍。储罐低液位存储时,压力上升速度明显增加,无损储存时间大幅减小,不利于液氮的长期静置存储。     

氧箱冷氦气瓶加注和增压系统仿真计算及分析

冷氦增压系统是低温液体推进系统的关键技术之一。利用仿真软件Sinda/Fluint,对氧箱冷氦增压系统的冷氦气瓶加注过程和系统增压过程进行了基于集总参数法的建模与计算分析。首先,对冷氦气瓶加注过程给出了最优加注流量,并分析了气瓶内温度压力达到稳定所需的时间、冷氦气瓶充气过程瓶内最高温度以及气瓶与周围液氧的传热;其次,针对冷氦增压系统,详细研究了两种气瓶布局条件下,贮箱增压过程中冷氦气瓶温度、压力随时间的变化,以及氧箱内气枕与液氧的温度、压力变化情况;最后,还对增压过程中的氦气流量、传热特性进行了研究。     

低温绝热压力容器蒸发率测试方法分析

蒸发率是评价低温绝热压力容器绝热性能的一项重要指标。文中在总结多年来开展低温绝热压力容器蒸发率测试经验和数据的基础上,从内容器温度平衡时间、环境温度变化、环境大气压力变化、流量计测量管径大小、测试场地振动等角度,分析了外界因素对蒸发率测试结果的影响规律,为正确开展蒸发率测量提供了操作方法,为后续标准的修订提供了数据支撑,可以方便测试者精确掌握被测产品绝热性能指标。     

小型高真空多层绝热杜瓦日蒸发率性能研究

日蒸发率是评价高真空多层绝热杜瓦保冷性能最重要的技术参数。该文对日蒸发率的影响因素进行了总结,重点介绍了储存压力和环境温度对日蒸发率的影响。以充满率为90%的210L小型杜瓦为例,测试了日蒸发率的变化规律。结果表明,杜瓦的日蒸发率与储存压力成正比,同时日蒸发率的波动随着储存压力的升高而增大,且环境温度对日蒸发率的影响出现延迟。     

应用于超低温区二元复叠制冷系统热力学性能分析

本文以超低温区的R290/R170复叠制冷系统为对象,利用Aspen Hysys建立其理论模型,通过改变系统的各运行工况研究得出系统的COP、质量流量比m_L/m_H、低温级压缩机排气温度等参数的变化规律。结果表明：系统COP、质量流量比随低温级蒸发温度、冷凝器出口工质过冷度的升高而升高,随高温级冷凝温度、低温级工质过冷度、复叠温差的升高而降低。在满足超低温要求的前提下,复叠温差对系统性能的影响最为显著。     

低温液体贮箱蒸发率影响因素研究

理论分析了低温贮箱的热性能,计算并对比了低温贮箱各部分漏热情况。通过在静置状态下的蒸发率实验,测量了一定时间内的低温液体蒸发量,以此计算了液氮工质的蒸发率以及外部总漏热量,并与计算值进行了对比。通过制冷机降低贮箱内气相温度,结果表明,气枕压力及蒸发率随气相空间温度减小能够有效降低。     

NH_3/CO_2复叠制冷系统热力学分析

本文根据已有实验结果对NH_3/CO_2复叠制冷系统高低温级压缩机绝热效率和容积效率进行了拟合。将得到的经验公式用于复叠制冷循环热力学分析,对最优低温级冷凝温度,最大COP和最优质量流量比分别进行了多元线性拟合,多元线性拟合一种形式是以蒸发温度、冷凝温度和复叠温差为变量,另一种是以蒸发温度、冷凝温度、复叠温差和高低温级压缩机绝热效率和容积效率为变量,并对两种拟合方式进行了对比。最后用拟合公式计算得到的不同工况下的最优低温级冷凝温度与文献中拟合公式计算结果进行了对比。     

ZBO存储低温储箱内的压力变化模拟分析

低温推进剂在存储过程中,由于和周围环境存在较大的温差,热量漏入储箱后引起的低温推进剂蒸发不可避免造成储箱内的温度和压力的升高。当压力超过一定值,需要定期排空,从而造成低温推进剂损失。ZBO存储技术通过低温制冷机移出漏入储箱内的热量,可以有效地避免低温推进剂的蒸发损失。对储箱的漏热量进行了计算,并且对ZBO存储过程中储箱内的温度和压力变化过程进行了模拟。     

环境压力对低温绝热气瓶蒸发率修正的试验研究

主要研究了环境压力对低温容器蒸发率的影响。在理论分析的基础上,使用容积为180L高真空多层绝热的低温容器,以液氮作为充装介质对5组不同环境压力下的蒸发气体量进行测量。结果表明,容器的蒸发率随环境压力的升高而增大,汽化潜热的是影响蒸发率变化的主要因素。为修正大气压力对低温容器蒸发率的影响起到了参考作用。     

低温绝热气瓶颈管传热的数值模拟与试验

利用数值模拟的方法建立模型来分析高真空多层绝热气瓶容器的漏热量,与理论计算相比,能更精确分析颈管传热包括颈管导热和气体换热所占的份额及液体充满率对颈管传热的影响。模型中还考虑了不规则内筒壁的导热和容器气相空间的传热,并且模拟结果与通过试验测试不同液位高度时绝热气瓶的漏热量吻合良好。     

使用ANSYS对惯性力作用下的低温绝热气瓶进行应力分析与优化

低温绝热气瓶为移动式压力容器,不仅承受静载荷的作用,还要承受移动工况下的惯性载荷作用。与传统的常规计算方法相比,有限元法更直观准确。文中使用ANSYS软件,对DPL450-175-1.37型低温绝热气瓶的结构建立有限元模型,对受惯性载荷的作用下进行应力分析,并对其应力集中区域进行了应力分类和评定。为低温绝热气瓶的结构设计起到一定的帮助作用。     

过热低温液体停放过程热分层特征分析

针对初始过热充注的液氧储箱内温度分层现象,通过数值模拟对储箱在停放过程中低温工质温度场的变化特征进行研究,同时分析了初始过热度以及漏热形式对温度发展规律的影响。研究表明:常压停放过程中,受到液体初始过热度的影响,储箱内液氧温度呈现从汽液界面至底部逐渐升高的趋势,与实验结果相一致;液体初始过热度越大,相界面蒸发速率越快,同一时刻对应气枕区的温度越低;增加气枕区绝热性能相对于底端绝热更有助于储箱内状态尽快稳定。     

新型双蒸发制冷系统制冷剂的研究

研究了喷射器内部流体流动过程,应用质量守恒、动量守恒、能量守恒对两相喷射器建立了热力学模型,分析了不同制冷剂对新型双蒸发制冷系统性能的影响。计算结果表明:新型双蒸发系统中,当蒸发和冷凝温度相同时,R152a的性能系数高于其他4种制冷剂,R143a的喷射系数、喷射器的压缩效率、制冷量和性能系数提高率均高于其他4种制冷剂;当蒸发温度不变时,性能系数提高率随着冷凝温度的升高而降低,冷凝温度为30℃时,制冷剂为R143a,性能系数提高率达20%。     

固着液滴蒸发薄液膜区传质传热特性数值研究

本文基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论,以水为工质,建立固着液滴蒸发薄液膜区、宏观弯月面区、固体基底内部及气液、液固、气固界面的耦合传热模型,并探究固体基底厚度和热物性对蒸发薄液膜区传热特性的影响。结果表明,由于液滴蒸发过程中的冷却效应,三相接触线附近的基底温度低于周围固体温度;蒸发速度越快,温度差越大。蒸发薄液膜的长度、最大质量流量和传热量与基底厚度与液滴半径比值h_r有关;当h_r=0.4时,薄液膜区传热对总体传热贡献最大;基底的热导率越小,蒸发液滴具有更长的蒸发薄液膜长度及更强的界面传热,薄液膜区传热对总体传热影响越显著.     

R1270/CO_2复叠式制冷系统热力学分析

针对R1270/CO_2复叠式制冷系统,通过能量及分析的方法,分析了低温级冷凝温度、系统蒸发温度、系统冷凝温度以及冷凝蒸发器传热温差对系统COP、损I和质量流量的影响。分析结果表明,在其他变量一定的条件下,存在确定的低温级冷凝温度使系统COP最大,总损最小;适当的升高系统蒸发温度和降低系统冷凝温度,以及减小冷凝蒸发器传热温差,可以增大系统COP和降低损;R1270高温级部件和冷凝蒸发器的损占总损比例较大,需对其进行重点优化。降低低温级冷凝温度和系统冷凝温度,提高系统蒸发温度可以减少系统中R1270的充注量。     

扁平绕带式低温高压容器绝热性能分析和计算

扁平绕带式低温高压容器是一种新型低温液体贮存设备 ,由内外两层容器组成 ,内筒体的外壁焊有液氮预冷夹套。平均蒸发率是衡量扁平绕带式低温高压容器绝热性能的重要指标。文中在分析其传热过程和壁厚温差影响因素的基础上 ,提出了一种计算其蒸发率的工程方法 ,并结合1 0 m3液氢储罐设计实例进行了计算。结果表明扁平绕带式低温高压容器具有良好的绝热性能 ,适用于重要介质的低温贮运     

小型住宅用空气源热泵制热运行特性实验研究

对小型住宅用空气源热泵系统在使用制热运行时的性能进行实验研究,通过改变室内外干球温度探究热泵系统的冷凝压力、冷凝温度、蒸发压力、蒸发温度对系统功率、制热量、制热系数的影响。结果表明,当系统室外干球温度一定,系统冷凝压力、冷凝温度、系统功率随室内设定干球温度的升高而升高,系统制热量、制热系数随室内设定干球温度的升高而降低,室内干球温度每升高1℃,制热量降低1.62%,制热系数降低1.27%。当系统室内干球温度一定,系统蒸发压力、蒸发温度、系统制热量、制热系数随室外干球温度的升高而升高,系统功率随室外干球温度的升高而降低,室外干球温度每升高1℃,制热量增加1.75%,制热系数增加2.23%。实验结果显示室外干球温度比室内干球温度对系统性能的影响更大。