超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备,具有高效、快速响应等优点.本文描述了10 Mvar高温超导同步调相机的总体结构,励磁绕组采用YBCO高温超导带材绕制而成,通过循环的20 K冷氦气进行冷却.低温系统主要包含3台制冷机、1台氦气泵、冷头换热器及其他辅助设备,通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接.本文重点介绍了低温系统的设计方法,包括转子、绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法,并通过多次降温试验进行实验验证.通过对带负载试验结果分析得出：存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数,使得电机转子部分获的最佳冷却效果.通过与300 kvar高温超导同步调相机的耦合测试发现,所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K,满足调相机应用中对低温环境的要求.     

冷压缩机温度场仿真及其冷却参数优化分析

为明确冷压缩机整机温度场分布,寻求最优冷却设计参数,本文以理化所自主研制的冷压缩机为背景,对冷压缩机进行传热与温度场分布分析。基于流体力学与传热学基本理论建立了涵盖整个冷压缩机的物理模型进行仿真计算。在此基础上,通过CCD(中心组合设计)采样,结合最小二乘法构建系统温度场等各变量的二阶响应面近似模型。随后以向叶轮传热最小与转子焊缝处平均温度最高为优化目标,采用多目标遗传算法对整机冷却参数进行优化,探求最优Pareto解组合方案。研究结果表明:冷压缩机内部负压氦气流场复杂,转子散热能力较差,冷却参数对冷压机温度场分布影响较大。优化得到冷压缩机最优冷却参数,并发现铜热锚结构有较大优化空间,为以后冷压缩机设计加工提供必要依据。     

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。     

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。     

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。     

用于量子电阻测量超导磁体及低温系统的研制

介绍一种用于量子电阻测量的超导磁体及低温系统设计和研制.采用一台G-M制冷机为冷源,一部分冷量采用传导冷却的方式冷却超导磁体,另一部分冷量用于预冷氦气,然后通过毛细管节流降温达到超低温,最终实现8T强磁场和1.5K极低温的应用环境.     

360W@4.5K氦制冷机预冷过程的数学建模

针对360W@4.5K氦制冷机的降温过程建立了数学模型。首先分别建立了各个部件的模型,然后通过氦气状态参数的传递将各个模块连接起来。对关键部件换热器采用集中参数法,忽略其内部的温度梯度;利用换热器温度变化速率远小于氦气的特点,将换热器的温度变化从时间上离散,在每一个时间步长内,只考虑氦气温度的变化。该模型可求解不同控制策略下的降温时间,从而为不同控制策略的比较提供依据。     

大型回热换热器的降温实验

大型低温配件的降温试验复杂和多变,文中针对大型回热换热器的降温进行了研究。将回热换热器置于特制的冷箱内,利用液氮作为冷源,氦气做为载冷剂为换热器提供降温条件;隔膜压缩机为循环氦气提供循环压力。试验前将换热器上面布置9支传感器,传感器所采集的数据自动记录并保存在上位机内,同时绘制降温曲线,为大型回热换热器的降温研究提供了数据。     

涡流管复合冷却服降温性能实验研究

为解决人们在高温环境作业时的热应激,本文设计出一种涡流管和相变材料复合型冷却服.通过实验研究冷却服在不同工况下的降温参数变化和热舒适评价规律.实验表明:轻度劳动下复合型冷却服使皮肤温度最大降幅为7.6℃;重度劳动下热舒适最大值为1.5且降温续航时间长达80 min.复合型冷却服中的相变材料减小了人体核心温度的波动,使降温效果保持稳定.研究结果为涡流管复合型冷却服的优化设计提供了理论和应用依据.     

连续波DF/HF化学激光器气膜冷却式喷管流场数值分析

在连续波DF/HF化学激光器主喷管收缩段采用气膜冷却方式,从3维离散小孔注入氦气射流以隔离壁面和主气流。通过对3种气膜孔排布方式下喷管内主气流状态进行数值模拟研究,分析氦气与主气流之间的相互作用,比较了不同方式下主气流氟原子冻结效率及壁面冷却效果。考虑到DF/HF化学激光器主喷管结构尺寸较小,采用适当间隔的单排圆孔注入是现实可行的,并有望达到较好的冷却保护效果,从而提高激光器运转效率。