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。     

CAEP FEL-THz2K低温系统氦气循环利用研究

中国工程物理研究院(CAEP)2K低温系统中,要对低纯度氦气进行回收和除杂。基于高压低温冷凝和吸附的方法,建成了一套氦气回收与纯化循环利用装置,单次回收低纯度氦气量为20Nm~3,低纯度氦气储存能力为1000Nm~3,纯化能力为20Nm~3/h,高纯氦气储存能力为3000Nm~3,能将粗氦气纯度从98%提升至优于99.9995%。实际运行表明,处理后的氦气纯度满足低温系统要求,较好地实现了氦气循环再利用,降低了系统对外部氦源补充的依赖。     

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。     

微振动低温氦气恒温器的设计与实验

氦气作为一种导热系数较高的气体,能有效的传递冷量,可以对无法与样品座良好热接触的样品进行有效地冷却。同时对于自身传导性能较差的样品,低温氦气可以为样品提供一个温度均匀性和稳定性都较为理想的低温环境。文中介绍了一种G-M制冷机作为冷源,氦气作为传导介质的低温恒温器的设计。针对G-M制冷机的振动特性,做了实验和优化设计,使得G-M制冷机传递给样品腔的振动大大降低。     

CAEP FEL-THz低温系统氦气纯化方法研究

鉴于氦的稀缺性,中国工程物理研究院高平均功率太赫兹大型科研装置(CAEP FEL-THz)低温系统中,必须除去回收粗氦中的杂质,以实现循环再利用。文中通过对常规氦气分离方法的比较和对低温系统低纯度氦气中所含杂质成分的分析,提出了一种基于高压低温冷凝分离和吸附的氦气纯化方法,旨在将低纯度氦气的纯度提升至满足低温系统使用的要求。据此,初步设计了一套氦气纯化系统,介绍了其工艺流程和主要部件。     

一种氦气循环冷却系统的研究

主要针对一种氦气循环冷却系统的研究进行了论述,此系统主要包括氦气循环、制冷循环、换热单元及控制单元四部分所组成。控制单元通过对换热单元的温度控制以达到对氦气循环的温度控制,氦气循环对终端进行冷却,使终端工作在所要求的温区。同时控制单元可以采集终端的进出口温度,再加上定流量的氦气循环可以计算终端的发热量。     

聚变堆液态包层增殖区铅锂与氦气多流场耦合换热特性研究

采用三维计算流体动力学(CFD)方法对聚变堆液态包层增殖区高温液态铅锂与结构内高压氦气耦合换热进行数值模拟。建立了充放式高压氦气回路和换热实验段,开展了包层典型工况下液态铅锂与氦气多流场耦合换热对比实验验证。研究了氦气压力和增殖区铅锂入口温度、核热功率密度变化时的流动与传热特性及其影响规律,获得了氦气与RAFM钢壁面、液态铅锂与RAFM钢壁面之间的换热系数和换热关联式,为液态包层的设计研发提供了参考依据。     

低温氦气透平膨胀机导向叶栅的数值模拟

低温氦气透平膨胀机是大型低温氦制冷系统的关键部件,其导向叶栅对整个透平膨胀机的效率有着重要影响。采用计算流体动力学(CFD)软件CFX,运用标准k-!湍流模型,以低温氦气为工质,对所设计的透平膨胀机导向叶栅进行了全流道数值模拟。导向叶栅采用TC系列叶型。对不同叶型,不同叶片数下导向叶栅进行数值模拟。经过计算,得到了TC-2P、TC-3P、TC-4P三种叶型在设计工况下的结果,发现采用TC-2P叶型时,导向叶栅具有较好的性能,同时得到了导向叶栅性能随着叶片数的变化规律。     

高压气冷涡轮内冷通道换热系数准则式的研究

将应用最广的迪图斯-贝尔特和格尼林斯基管内对流换热实验准则式应用于NASA-MarkII高压燃气气冷涡轮叶栅气热耦合换热计算中,同时引入温度差和入口效应的修正因子。计算结果表明,在结构较简单的冷却通道、冷却孔等位置,采用进行修正的换热系数实验准则式能够得出与实验结果较为吻合的计算结果,准则式的应用省略了冷却通道流体域求解工作,避免了冷却通道流体与固体叶片的耦合计算误差和冷却通道边界条件不同给定带来的结果误差,此方法具有一定的工程应用价值。     

入口高度和热流对太阳能热烟囱系统内流动换热的影响

对从太阳能热烟囱系统抽象出的流动和换热模型进行了数值模拟.数值结果表明,随着底部加热热流密度的增加,系统内的空气流量增加;当集热棚高度变化时,流经系统的空气流量和系统出力存在最大值;在本文计算采用的几何和物理条件下,入口高度约为20 m时系统的空气流量取得最大值;系统内部的压力差随着集热棚高度的增加而减小.     

影响回热器换热的各参数讨论

从线性热声理论出发,通过求解并简化交变流动换热系数,对规则流道的换热进行较为全面的讨论,得到平板以及圆管流道回热器换热系数的简化表达式.考虑固壁温度波动后,发现对于一定结构的回热器,换热系数是六个无量纲量的函数.特别针对低温情况下,讨论了影响换热的主要因素以及增强换热的方法.     

低温氦气在螺旋盘管换热器中对流换热的数值模拟

针对大型氦低温系统液氮槽中的螺旋盘管换热器,建立三维仿真模型,模拟研究等壁温条件下低温氦气在盘管内部预冷过程中流动速度、温度及密度分布,分析盘管内氦气径向速度分布及换热系数沿螺旋角的变化特性。通过改变低温氦气的质量流量,研究流量变化对换热系数以及换热器出口温度的影响。结果表明低温氦气在螺旋盘管内流动受离心力影响,管内密度,温度及速度分布沿径向存在梯度,湍流在螺旋角>90°后进入完全发展阶段。在0.003 4～0.005 kg/s范围内增大质量流量,Nu数增加,压降增大,出口温度几乎不变。     

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.     

周期性通道内非牛顿流体的流动与换热的实验研究

本文用实验方法研究了两种不同浓度的非牛顿流体（ＰＡＭ溶液）在不同温度下的流变曲线及其在周期性通道内的流动与换热规律。实验结果表明,两种ＰＡＭ溶液的稠度系数Ｋ随温度升高而减小,而流变指数ｎ则随温度升高而增加。两种浓度ＰＡＭ溶液在周期性通道内的换热强度和阻力损失均比水高。同时,在Ｒｅ 在１０～５０的范围内,通道内非牛顿流体的流动与换热规律可整理成形如 Ｎｕ＝ Ｃ１Ｒｅ＊ｍ１和 ｆ＝ Ｃ２Ｒｅ＊,ｍ２的形式。     

内插直线型转子的管内流动与换热实验研究

实验研究了内插不同结构参数直线型转子的管内流动阻力和传热特性,结果表明,由于中空的结构形式,直线型转子可增大壁面处流体速度梯度,增强扰动,从而在阻力增加不大的条件下,实现强化换热和除垢抑垢。减小螺旋叶片角度、优化直线段形状、设置凸起等方式有助于提高内插转子的管内综合换热性能,三正三反交替布置为较优的转子排列方式。     

低温预冷换热规律及表面改性影响研究

调研了低温管路预冷及两相换热的研究现状,阐述了低温预冷瞬态换热特性;介绍了金属表面改性对预冷规律的影响,仿真了低导热涂层管的预冷换热规律.研究发现:液氮预冷主要由膜态沸腾支配,且预冷耗时较长;液氢预冷未见膜态沸腾,预冷耗时更短.促进膜态沸腾向过渡沸腾的更早转化有利于预冷加速,且转化温度迁移可通过内壁表面结构改性实现,可...     

自然循环回路内芯片的强化沸腾换热研究

针对电子器件的高效冷却问题,对自然循环回路系统内表面加工有方柱形微结构的硅片上FC-72的强化沸腾换热性能进行了实验研究.测试了两个芯片,其表面上的方柱形微结构的边长均为30μm,但高度分别为60 μm和200 μm.沸腾介质的过冷度设为10 K、25 K和35 K.随着壁面过热度的增加,微结构表面芯片上的热流密度急剧增加且临界热流密度时芯片的表面温度低于芯片回路正常工作的临界上限温度85℃,这与其在池沸腾换热中的特点一样.但临界热流密度值与池沸腾情况相比有所降低.     

含化学热沉的气膜冷却流动与换热研究

为了进一步提高涡轮入口温度,提出一种新型气膜冷却方法~含化学热沉的气膜冷却方法。对于新方法来讲,化学热沉的存在会影响气膜孔下游的流场,从而影响主流与固体壁面的换热。建立简化理想化学热沉模型,采用标准k-ε湍流模型对该方法进行数值模拟,结果表明,化学热沉的存在降低了气膜孔出口下游不远处壁面附近的温度,同时增大了壁面处混合气膜与壁面之间的对流换热系数.     

含不同形状内热源的圆管内纳米流体自然对流及换热数值研究

采用格子玻尔兹曼方法对有三种恒温热源(圆形、三角形、方形)参与的圆管内纳米流体(铜-水)自然对流进行数值研究.主要研究瑞利(Ra)数,纳米颗粒体积分数以及热源几何形状等控制参数对纳米流体的流动与传热的影响.结果发现纳米颗粒体积分数的增加有利于强化传热,且在Ra数较小时,平均努塞尔(Nu)数增加的幅度要优于Ra数较大的情...