液氢的超声衰减研究

用超声脉冲回波法在13.8—20.5K温区对液氢的超声衰减进行了实验研究,测量频率为45MHz。实验结果表明,液氢的超声衰减的温度依赖特性主要取决于体积粘滞效应。随着温度的降低,体积粘滞机制对超声衰减的贡献越来越大,对实验结果进行了讨论。     

流动方向对超临界二氧化碳流动传热特性的影响

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO₂)在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾理论来处理sCO₂在两管中的流动和传热,将超临界流体视为多相结构,包括近壁区的类气层和管芯中的类液流体.结果发现,传热方面,在正常传热模式下垂直向上管内壁温和水平管底母线内壁温基本一致.当垂直向上管发生传热恶化时,垂直向上管的壁温峰值会随着超临界沸腾数(SBO)的增大超过对应焓值位置的水平管顶母线内壁温.垂直向上管中SBO区分了正常传热和传热恶化.而在水平管中,当弗劳得数小于100时,SBO主导顶底壁面最大壁温差.相比于垂直向上管,相同压力下的超临界流体在水平管内发生传热恶化需要更高的热流密度和质量流量的比值.流动方面,引起垂直向上管压降斜率增高的机理是孔口收缩效应.主导水平管压降变化的机理是分层效应,并用弗劳得数在水平管中顶底壁温差异与压降之间建立联系.     

液氢容器复温周期确定方法研究

液氢容器在频繁加转注的移动罐中很容易积累固空,因此需要经常复温,清除其内部累积的杂质,防止容器被严重污染。通过对某液氢容器在转注过程中氧氮含量的测量,研究液氢容器氧氮杂质积累规律,得出了固氧、固氮累积量的计算公式。对该容器在现行复温周期下的合理性进行了核算,将正常使用情况下到复温周期时液氢容器内的氧氮含量与安全值进行了比较。给出了一定的使用时间、加转注频次下的液氢容器复温周期计算方法,初步建立了一套液氢容器复温周期确定方法。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第二部分:阻力特性

交变流动蓄冷器流动特性的研究是高频脉冲管制冷机进一步实用化的重要课题之一。文中建立了热线风速仪的低温标定实验台和低温交变流动蓄冷器流动阻力的动态测试实验台 ,并在冰盐温度下和液氮温区进行了实验研究 ,重点研究了液氮温区蓄冷器交变流动的阻力特性 ,给出了充气压力、运行频率、丝网目数、小孔开度对交变流动蓄冷器阻力特性的影响。     

微槽结构和工质对槽内流动沸腾的影响

本文报道实验测试甲醇等低沸点工质在微槽内流动沸腾特性的结果，并对所呈现的起始沸腾区有明显壁温回落等现象作出分析，从而在一定程度上揭示出微型槽道和工质本身特性对流动沸腾特性的影响。     

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。     

超临界塔式锅炉壁温传热分析

由于超临界发电技术高参数、高效、低排、节能的优点,使得超临界锅炉成为当今中国发电行业发展的主要方向.为防止在锅炉运行中发生水冷壁超温爆管的现象,本文以某1000 MW超临界塔式锅炉中的流体工质及水冷壁为研究对象,考虑锅炉的工质流动传热及其与水冷壁管的耦合作用,分别研究了在75%和50%BMCR两种工况下的流量偏差与进口温度偏差对壁温的影响.研究表明管壁的最高温度点皆出现在管子出口处,此处恰好是水冷壁螺旋管圈与竖直水冷壁管焊缝处,其材料受热的临界强度比正常值要低,故流量偏差的允许范围更低。     

不同工质下热力学排气系统的压力控制及运行特性

以低温贮箱压力控制为目标,建立了热力学排气系统(TVS)和贮箱内流体流动及气液相变过程的数学模型。以18.09m~3低温贮箱在地面工况充注率75%、漏热量0.76W/m~2为例,计算了不同贮存工质(液氢、液氮、液氧)下贮箱自增压过程及开启TVS后对贮箱压力控制的效果。结果表明,相同漏热率下液氢贮箱的气枕升压速率远大于相同充注率下的液氮和液氧贮箱升压速率;TVS运行后三种工质贮箱压力均可有效地控制在165.5~172.4kPa范围内。对比了不同工质热力学排气系统的运行周期、运行时间及排气量等关键参数,同时还分析了贮箱内液体的温度变化规律。     

均匀流直通穿孔消声器的声学特性分析

将数值模态匹配法(NMM)扩展应用于计算有均匀流存在时直通穿孔管抗性和阻性消声器的声学特性,编写了相应的计算程序。对于圆形同轴穿孔管抗性和阻性消声器,应用数值模态匹配法计算得到的传递损失结果与实验测量结果吻合良好,从而验证了计算方法和计算程序的正确性。进而应用数值模态匹配法研究了运流效应和穿孔阻抗以及穿孔管偏移对穿孔管抗性和阻性消声器传递损失的影响。研究结果表明,马赫数越高,穿孔管抗性消声器在中高频的消声量越高,阻性消声器在整体频段内的消声性能越差;低马赫数时运流效应对穿孔管抗性消声器的影响可以忽略,马赫数较高时运流效应和穿孔阻抗的影响比较明显;对于穿孔管阻性消声器,穿孔阻抗对消声器声学特性的影响比运流效应的影响小,但是与真实值的差别不可忽略;穿孔管偏移对消声器声学特性的影响与频率和消声器结构均相关。     

均匀流直通穿孔消声器的声学特性分析

将数值模态匹配法(NMM)扩展应用于计算有均匀流存在时直通穿孔管抗性和阻性消声器的声学特性,编写了相应的计算程序。对于圆形同轴穿孔管抗性和阻性消声器,应用数值模态匹配法计算得到的传递损失结果与实验测量结果吻合良好,从而验证了计算方法和计算程序的正确性。进而应用数值模态匹配法研究了运流效应和穿孔阻抗以及穿孔管偏移对穿孔管抗性和阻性消声器传递损失的影响。研究结果表明,马赫数越高,穿孔管抗性消声器在中高频的消声量越高,阻性消声器在整体频段内的消声性能越差;低马赫数时运流效应对穿孔管抗性消声器的影响可以忽略,马赫数较高时运流效应和穿孔阻抗的影响比较明显;对于穿孔管阻性消声器,穿孔阻抗对消声器声学特性的影响比运流效应的影响小,但是与真实值的差别不可忽略;穿孔管偏移对消声器声学特性的影响与频率和消声器结构均相关。      

聚氨酯硬质泡沫的低温应用研究现状

航天技术的不断发展,对国民经济、科学研究、国防军事等诸多方面有着深刻的意义。液氢,作为必不可少的航天推进剂,一直以来受到各国的青睐。开发和测试应用于液氢温度下的绝热材料,不但具有重要的现实应用价值,而且是迈向液氦温区的一个必经之路。聚氨酯硬质泡沫以其独特的性能在绝热领域占有重要的地位。很多国家将其应用于液氢的储藏,并取得成功,但是比较缺乏在液氦温区下聚氨酯硬质泡沫的测试。在中国,这方面的研究也取得很大进展,但还是不能满足科学研究飞速发展的需要。本文总结了国内外关于聚氨酯硬质泡沫在低温下的应用和研究,指出国内研究中的不足,为进一步的研究奠定基础。     

含油R32制冷剂在水平和竖直吸气管内的流动特性研究

R32和PVE混合物近年来已成为商用制冷及热泵系统的热门工质。本文对R32和PVE VG 68混合物在压缩机吸气管中的滞油和压降特性进行了实验研究。实验样品为两根内径10.7 mm的光滑铜管,工质流动方向为水平和竖直向上。采用拆除称重法对管内的滞油量进行测量。对制冷剂质量流率90～230 kg·m^-2·s^-1,名义油质量分数1%～5%,3种饱和温度和过热度的工况进行了测试,研究了制冷剂的质量流率、油的质量分数、混合物的热力学及传输特性、流动方向对滞油量和压降的影响。结果表明：随着制冷剂质量流率的减小、实际油质量分数和运动黏度比的增加、流动倾角的增大,滞油量有增加的趋势。管内压降随制冷剂质量流率和油质量分数的增加而增大;油对压降的影响随着制冷剂质量流率的增加而减弱。     

低温液体充填管路的数值计算

在低温液体的管路输送中,充填过程是一个使管路热负荷大幅减少的预冷却阶段,了解其特征规律非常重要。本文通过建立一维模型,对水平液氢加注管的预冷过程进行了数值计算,求得了各时刻管路的壁温分布,以及预冷却过程所用的时间。初步分析了低温液体充填管路过程中,管壁与工质的温度分布特点,以及管路长度、管径与加注流量对预冷却时间的影响。     

液氢储罐用奥氏体不锈钢低温冲击试验研究

地面液氢储罐多采用奥氏体不锈钢作为受压元件。目前普遍采用液氮低温冲击试验测定冲击吸收能量和侧向膨胀量，并作为储罐生产中的质量控制标准，缺乏真实介质液氢温区下的冲击试验数据的支撑。本文选择不同牌号的奥氏体不锈钢材，并分别制取母材、焊缝、热影响区不同部位的试样开展液氮温度下和液氦温度下的低温冲击试验，测定了试样的冲击吸收能量和侧向膨胀量，并对试验数值进行了对比、分析。可参照数值进行定性和定量评估，合理选择储罐材料。     

细微管内氖工质流动冷凝换热特性仿真分析

冷凝换热是两相热控系统中的重要物理过程。细致分析不同作用力影响下流动冷凝过程中的气液行为及其换热性能的影响，对冷凝器优化与设计具有一定指导意义。本文采用三维瞬态VOF模型仿真分析了水平细微管内氖工质管内流动冷凝过程，基于网格无关性分析和实验流型对比，验证了模型的可靠性。分析了质量通量、管径及重力效应对氖工质流动冷凝换热系数及截面气液分布的影响。研究结果表明，质量通量增加、管径减小会提高流动冷凝换热效率，重力效应对冷凝换热效率的影响主要取决于截面气液分布，随着干度变化呈现出重力无关、强化换热和恶化换热三种状态。     

Soret效应对环形浅池内溶液热毛细对流的影响

采用三维数值模拟方法研究了Soret效应对深宽比为0.1的环形浅液池内双组分溶液热毛细对流的影响。结果表明,当热毛细Reynolds数较小时,溶液流动为二维轴对称稳态流动,相同热毛细Reynolds数下双组分溶液热毛细对流强于纯工质。由于双组分溶液中Soret效应的作用,冷壁面附近溶质浓度大于热壁面附近溶质浓度,且溶质毛细力方向与热毛细力方向一致,因此,溶液流动加强,相比纯工质更易失稳。流动失稳后,双组分溶液中呈现出热流体波与三维振荡流动并存的流动结构,且Soret效应对热流体波波数和主频有明显影响。     

带预冷的4K斯特林型脉管制冷机设计

本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氦温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.     

室温至液氢温区奥氏体不锈钢力学性能分析

奥氏体不锈钢在低温工程中广泛使用,正逐渐成为新兴氢能产业中液氢储运容器、输送管路等的首选材料。本文收集了奥氏体不锈钢从室温到液氢温区的力学数据,综合分析了低温下其力学性能的变化规律,阐述了其低温力学性能变化机理,包括化学成分、晶粒尺寸和应变率等因素对奥氏体不锈钢力学性能的影响规律。研究结果表明：随着温度的降低,奥氏体不锈钢屈服强度和抗拉强度增加,塑性和冲击韧性降低,断裂韧性改善,     

矩形微通道中流阻特性的实验研究

以工程上常用的66%的乙二醇水溶液作为工质,对几何特性相似而高宽比不同的4种纯铝矩形微通道内的流动特性进行了实验研究,得到了微通道冷板基础性的设计数据。实验测量了Reynolds数在50~500之间的流动阻力系数。实验结果表明:通道高度H与宽度W之比对微通道流阻特性有显著的影响;当Re数小于100时,在实验误差内,流动阻力系数的值近似等于经典理论计算值;随着Re数的增大和高宽比的变化,f的值远大于理论值,这可能是由微通道内部壁面粗糙度效应所导致的。     

低温气体声学温度计测量原理与实验系统研制

热力学温度是温度测量的基准,应用气体声学温度计测量热力学温度是目前应用最广泛和测量最精确的方法之一。本文基于国内对于低温标准的需求,针对低温温度的精密测量,分析了采用球形谐振腔的气体声学温度计测量原理,并对谐振腔进行了静力学特性仿真模拟。在综合考虑降低非理想因素扰动的基础上,研制了一套在液氦温区4.2～20 K、利用脉冲管制冷机冷却的气体声学温度计实验系统,该系统将用于高精度低温温度测量实验以及气体工质的热物性研究。