奥氏体不锈钢深冷低温冲击试验方法研究

以液氦作为冷源,结合G-M低温制冷机,实现-196~-269℃深冷温度环境,探索深冷低温冲击试验方法。结果表明,试样从低温环境中取出后置于大气环境中,温度出现快速回升。对于不同试验低温,可采用不同方法进行试验。试验温度T=4.2K时,可采用制冷机预冷+液氦持续喷淋的方法进行降温。试验温度10≤T77K时,可采用玻璃容器填充气凝胶粉体对试样进行绝热保温处理;或根据试验温度以及回温测试结果,以一定的过冷温度补偿值保证试验温度。过冷温度补偿方法可满足常规冲击试验的要求,但需要相对较大的过冷温度补偿值;玻璃容器填充粉体包裹试样,可减缓试样温度回升,但对材料冲击吸收能量有一定影响,可用多试样冲击试验并进行修正以反映材料冲击韧性水平。     

LNG储罐用9Ni钢超低温韧性研究

对LNG储罐用9Ni钢进行超低温示波冲击试验,研究其低温韧性及动态断裂韧性变化规律。结果表明,在-100℃以上,冲击吸收能量保持稳定在280J左右,温度降至-196℃时,冲击吸收能量下降20%左右;9Ni钢在-100℃以上,冲击吸收能量与侧膨胀量具有一定线性关系;9Ni钢的裂纹形成功、扩展功与动态断裂韧性JID在-100℃以上时均能保持稳定,但在-196℃时均下降约20%,裂纹扩展功始终能保持总冲击吸收能量的70%,表明试验所用9Ni钢在-196℃具有良好的抗裂纹形成和扩展能力。     

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,     

液氢温区YBCO超导带材的交流损耗研究

超导电缆具有载流能力强、损耗低等优势,是电力输送的良好选择。但是,超导电缆需工作于低温环境。液氢温度为20K,可为超导电缆提供低温条件,将超导电缆输电与液氢燃料输送相结合,可解决超导电缆在输电中的瓶颈问题。开展了液氢替代液氮后高温超导带材的传输交流损耗研究。针对美国超导公司提供的黄铜加强YBCO带材,采用H法有限元模型,仿真分析了液氢、液氮冷却时超导带材的传输交流损耗。结果表明采用液氢作为超导带材的冷却介质时,带材正常金属产生的涡流损耗和磁性基底产生的铁磁损耗对总损耗的影响程度较小。所得结果可为液氢温区超导电缆的设计和运行提供参考。     

LNG球形储罐预冷计算

预冷是大型低温储罐投用前最为关键的一步,充分的储罐预冷作业前准备、冷却速率和预冷用液氮量的计算以及安全措施的严格执行是大型低温储罐预冷得以顺利实施的重要保证。通过分析LNG球形储罐预冷时的热力过程,以一台3000m3球形LNG储罐为例,计算其预冷时间和预冷用液氮总量,得到了定压下LNG储罐预冷所需的液氮总量及罐体温度随时间变化的动态趋势,为制定液化天然气球形储罐预冷方案提供了理论依据。     

低温液体蒸发气再液化系统内BOG动态分析研究

低温液体蒸发气再液化系统漏热引起的储罐内低温液体蒸发气(BOG)蒸发速率和压力有效控制是试验正常进行的关键,通过对储罐内低温液体的热响应分析,建立罐内低温液体和BOG计算模型,对制冷机关闭情况下储罐内压力(BOG压力)和BOG蒸发速率随储存时间的变化过程进行数值计算。结果表明:随着储存时间的增大,储罐内压力升高、压力增长速率加快、BOG蒸发速率减小;液氮和BOG温度升高对储罐内压力升高速率具有显著的影响;制冷机可以实现对罐内压力和BOG量的调节控制。为制冷机控制方案的制定和后续开展低温液体BOG再液化试验研究提供理论基础。     

正仲氢催化转化性能低温测试装置设计

液氢在新能源、工业生产等领域有重要的用途.结合液氢生产中正仲氢转化的特点,提出了一种可实现多种转化方式的正仲氢催化转化性能低温测试装置设计.通过液氮预冷和G-M制冷机实现正仲氢转化温度可控、通过设置正仲氢预反应实现入口原料仲氢组分可控,并采用更换可拆卸转化器和热沉方式实现多种正仲氢转化方式.实现不同工况下(等温绝热、连...     

低温推进剂在轨储存热力学排气系统TVS研究进展

在空间零(微)重力环境下,有效地控制储罐压力并尽量减少液体推进剂的排放损失是低温推进剂在轨储存的核心技术任务。空间热力环境引起的热渗透不可避免,它将使得储罐压力持续升高,然而在零重力环境下无法通过类似地面顶部排气的方法来控制压力,其严重后果是大量气液混合物被直接排放至太空。针对这一问题而提出的热力学排气系统(TVS)能够在气液位置不确定的情况下实现少量的单纯气态排放,并且充分利用所排放低温推进剂节流后的热力学焓,从而在双重作用下有效地实现了储罐压力的控制。文中从仿真理论和实验两个方面总结归纳了国外TVS的技术研究历史和现状,涉及液氢、液氧和液态甲烷等低温推进剂以及模拟流体液氮,为我国低温推进剂空间储存相关技术的发展提供参考。     

液氮冲击压缩特性的理论计算

 用修正的WCA理论计算了液氮冲击压缩至70 GPa的一次冲击Hugoniot数据。计算中引入与体系比容有关的分子离解因子，计算结果表明，在33GPa以上液氮体系发生的相变为分子离解相变，该过程对体系热力学状态有较大影响，分子离解是对冲击能量的吸收过程，导致体系冲击压力和温度增长率下降。     

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。     

绝热材料低温热导率测定方法研究

本文分析并研究了影响低温下热导率测量的各种特有因素.研制了一套用于液氢温度的平板热导仪.通过大量实验提出了新的试样组装方法和实验方法,较好地解决了J.F.Haskins文中留待解决的各种问题.最后给出了聚氨酯泡沫塑料20～280K范围内的热导率测定结果.     

液氮温区浸渍树脂材料电气性能研究

实现超导电力装置的低温高压绝缘,是保证超导系统和电网安全稳定运行的关键,绝缘材料在液氮中的电气性能将直接影响到超导电力装置的安全稳定运行.本文以中国电力科学研究院研制的液氮环境中使用的浸渍树脂材料为研究对象,针对不同的试验要求设计浸渍树脂材料的固化模具,并根据固化工艺流程制备所需的试验样品.对浸渍树脂材料在常温和液氮温区下的工频击穿、雷电冲击、相对介电常数、介质损耗角正切值进行了测试,为超导电力装置用低温高压绝缘材料提供依据和参考.     

深低温球内伪稳态自然对流换热研究

基于CFD仿真软件FLUENT,建立了封闭球形容腔内氦气关键物性参数随温度变化的深低温自然对流仿真模型。利用该模型对封闭球形容腔内20～100 K温度下不同瑞利数(10~8Ra10~(11))伪稳态自然对流换热进行了数值模拟,得到了速度场分布、温度场分布和努塞尔数(Nu).开展了液氢温区球形封闭容腔内氦气伪稳态自然对流换热试验。通过与试验数据的对比分析,验证了本文所提出的深低温自然对流模型的有效性。利用最小二乘法,获得了深低温球形容腔内氦气自然对流换热准则数方程。     

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     

低温液氙无损存储的实验研究与模型分析

为研究吨级低温液氙在静置存储过程中的压力与温度变化情况，选用液氩作为介质代替昂贵的液氙进行了实验测试，并使用三区模型进行模拟计算。模拟了在容积为6.7 m³的简化低温储罐模型中，将初始液相温度为87 K,压力为0.1 MPa的液氩静置9天，储罐内压力、温度的变化情况。结果显示，随着外部热量的进入，储罐压力随时间逐渐上升但并非线性增长，压力的变化率逐渐增大。为低温液氙、液氩的无损存储研究提供了参考。     

不同应变率和碳纳米管掺量下混凝土的力学性质与能量演化特征

为研究应变率(加载速率)和多壁碳纳米管掺量对碳纳米管混凝土试样力学性质、能量演化规律及损伤破坏特征的影响,采用RMT-150B岩石力学试验系统,对不同应变率下不同碳纳米管掺量的混凝土试样开展了系列单轴压缩试验。试验结果表明：碳纳米管混凝土试样的延性随着多壁碳纳米管掺量的增加而增大;当应变率恒定时,多壁碳纳米管掺量为0.1%的改性碳纳米管混凝土的单轴抗压强度最大;当多壁碳纳米管掺量恒定时,应变率为5×10^-3 s^-1(0.5 mm/s)时碳纳米管混凝土试样的单轴抗压强度最大;当应变率较大时,在试样峰值应力处,碳纳米管混凝土的能量耗散值占总能量的28.29%;当应变率较小时,试样峰前阶段的能量耗散现象显著,峰值应力处耗散能占比平均高达37.34%;当应变率和多壁碳纳米管掺量均较小时,碳纳米管混凝土在破坏前所吸收的能量大量转化为耗散能,峰后试样能量释放率较小,表现为局部张拉与剪切混合破坏特征;当应变率和多壁碳纳米管掺量均较大时,碳纳米管混凝土在破坏前所吸收的能量主要储存为可释放弹性应变能,在破坏时混凝土试样的能量释放速率较高,碳纳米管混凝土试样破坏...     

氢气低温液化与储运技术进展

全面概括和总结了国内外氢气液化、储存和运输的技术现状和发展前景。从质量密度和体积密度的角度考虑，液氢是一种极为理想的储氢方式；现有氢气低温液化(火用)效率和液化率仍处较低水平，单位产液氢功耗巨大，氢气透平膨胀机尚未实现国产化，液化设备成本高昂；液氢存储的主要难点为液化难、储罐的费用高、蒸发损失大；车用液氢储罐输氢除了绝热、泄漏问题外，还要考虑隔震、抗冲击等安全问题。氢气液化、储存、输送等环节的工艺技术仍需进一步研究，以提高效率和安全性、降低成本。     

部分流低温流体循环泵空化性能预测

为了对部分流低温流体(液氮)循环泵空化特性进行预测.基于软件ANSYS-FLUENT,计算选用Stardard k-ε湍流模型,Simplec压力耦合方式,进行空化前MRF模型定常计算,添加两相流参数,选取Singhal-et-al空化模型,添加两相参数,考虑液-气密度比对低温流体液氮泵内能量的传递和交换的影响,得到气液动量、质量和能量守恒方程,利用RNG k-ε湍流模型,Simplec压力耦合方式,对不同进液压力条件下,部分流低温流体(液氮)循环泵空化特性进行全流域空化数值计算.进行泵空化特性试验,在额定转速下,随着泵前流体压力的降低呈现的空化性能,数值计算与试验测得的泵头数值最大偏差在10%以内,曲线吻合性较好,泵内流场空化发生伴有显著的压头下降,空化过程增强,空化区变大,液相和汽相相互拖拽能力增强,空化核心区由叶顶背压部分扩散到整个流道,汽液界面不清晰,直至断流.本文采用的计算方法和研究结果为低温流体循环泵内部流体空化的诊断和性能优化提供了一定依据.     

MOFs材料低温储氢性能测试装置用温控系统设计

设计了一套温控系统,用在金属有机骨架(MOFs)材料低温储氢性能测试装置上.测试装置以循环液氮作为冷源.根据测试装置内的温度信号,温控系统利用PID温控仪,并结合继电器对加热丝的加热量进行调节,满足测试装置所需的温度范围,并能恒定在某一测试温度下.所设计的温控系统可以实现低温宽温区范围内的连续调节,且系统简单、操作方便...     

Delta波荡器传导冷却的热分析与实验研究

波荡器是同步辐射光源中产生X射线的关键设备,低温型Delta波荡器可明显提高镨铁硼永磁铁的峰值场强和内禀矫顽力,进而有效抵抗辐照环境下的磁场退化。为了使永磁阵列进入液氮温区,提出了磁铁干式传导冷却方案,设计了干式低温恒温器结构,利用数值模拟完成了热力学分析优化,并搭建实验台进行了降温测试。结果表明,Delta波荡器可通过单台小型低温制冷机传导冷却进入低温状态,并突破常压饱和液氮温度,最低达到40 K,四个梁的最大温差约1 K,达到温度均匀性要求,并将磁场强度提高20%以上。低温型Delta波荡器模组达到设计指标,验证了波荡器干式传导冷却方案的可行性,对低温型波荡器的研发设计具有重要意义。