多通道液氦低温传输管线的设计及漏热量模拟

基于多通道液氦低温传输管线的结构设计与理论建模,分析了不同温区下真空多层绝热材料层数、层密度对热流密度和表观导热系数的影响.模拟了同轴液氦低温传输管线直管段和弯管段的温度场和漏热量分布.对比了不带辐射屏和带辐射屏的液氦低温传输管线漏热量.结果表明:在4.5～293.0 K,选取层数50层、层密度为25层/cm多层绝热材料,表观导热系数为0.119 mW/(m·K);在4.5～77.0 K,选取层数50层、层密度为30层/cm多层绝热材料,表观导热系数为0.028 mW/(m·K);当不带辐射屏时,单个双棱支撑漏热量为0.207 W,直管段和弯管段多层绝热材料漏热量分别为0.471和0.460 W/m.对比不带辐射屏和带辐射屏的液氦低温传输管线,漏热量分别为0.581和0.029 W/m,带液氮辐射屏的液氦低温传输管线漏热量减少了95%.     

具有液氮和蒸发氦气冷却屏的液氦容器的最佳热设计—能量优化法

本文提出了一种液氦容器最佳热设计的方法,它适用于利用液氮和蒸发的氦气冷却支撑和多层绝热的液氦容器。用以确定热交换器在支撑上和多层绝热间的最佳位置,可使液氮机和液氦机所消耗的总能量为最小。采用的优化方法是拉格朗日乘数法。并进行了归一化处理使得出的结果能适用于不同效率的液氮机和液氦机以及不同大小的杜瓦。对具有不锈钢支撑和环氧玻璃纤维支撑的液氦容器分别进行了计算,其计算结果用曲线表示,可便于设计者使用。     

BEPCII超导螺线管磁体及低温系统热负荷分析

采用三维有限元和有限体积软件对北京正负电子对撞机重大改造项目(BEPCII)超导螺线管磁体(SSM)及低温冷却系统的主要设备进行了热负荷计算及分析.计算结果表明,在现有设计结构下,SSM超导磁体工作温度在4.5 K左右,满足性能要求;磁体及低温系统的总热负荷约120 W,同时还需要0.4 g/s的冷氦流冷却电流引线.从热负荷分布分析,由于磁体结构尺寸大,热辐射漏热为主要漏热;传输管线漏热占系统总漏热的10 %左右.计算结果为超导磁体低温系统的设计和进一步优化提供了依据.     

地面热力学排气系统实验研究

为深入研究热力学排气的控压性能以及消除外部漏热的能力,通过搭建地面热力学排气测试平台,采用R123为实验工质,在外部漏热为800 W、初始液位为0.595m的条件下,开展了箱体增压、混合喷射降压以及节流制冷3种不同工作模式下的实验研究,分析了不同阶段箱体压力以及箱内流体温度变化。结果表明:在漏热增压阶段,箱体压增速率为60.583kPa/h;在混合降压阶段,增大循环流量对降低气相温度是有益的;在循环流量为150L/h、节流比为11.73%~13.33%的工况下,热力学排气系统工作8次,共排气20.536kg,最大制冷量为1 362 W;与直接排气方式相比,工作运行2h,热力学排气可节省41%的排气损失。该结果可为进一步开展低温实验提供技术参考与借鉴。     

利用蒸发的氦气冷却支撑和多层绝热的最佳热设计

本文讨论了利用杜瓦中蒸发的氦气冷却支撑和多层绝热时,热交换器最佳位置的确定方法。分析和计算包括采用多股氦气流和单股氦气流的冷却方案,得到的方程组可以确定热交换器在支撑上和多层绝热间的最佳位置以及杜瓦的漏热。文章还提出了一种简化的优化方法以减少联立方程的数目。数值求解是对多层绝热与不锈钢支撑和环氧玻璃纤维支撑的情况进行的。求解的结果用曲线表示便于设计者使用。     

4He中热流对超流转变温度下压作用的研究

考察4He中热流Q对液氦超流转变温度Tλ的下压作用。借助一种带毛细管结构的小型密封瓶,只需简单控制密封瓶控温平台和下池的温度,就可以获得稳定、平坦的超流转变温坪。由于热流对超流转变温度的下压作用,通过控温改变通过毛细管的热流,得到不同热流作用下的多个温坪。通过对温度计自热效应、4.2K环境残余漏热、HeII液柱上的温差、液氦与上池铜块间Kapiza热阻、密封瓶温度梯度、HeII液柱静压等因素进行修正,得到热流对超流转变温度下压曲线。利用4支密封瓶进行20次下压实验,得到热流对液氦超流转变温度下压公式TT=-0.00000103Q+2.1769108,热流范围0μW/cm2≤Q≤6400μW/cm2。     

真空多层绝热LHe输送管设计计算与传热分析

文章根据系统对输送管的性能要求,进行了LHe输送管结构设计和绝热材料的选型,计算真空多层绝热管的真空性能及传热性能的主要参数,求出其真空夹层的最大允许漏率及单位管长的热损失。经NBI实验,表明该管在100 L LHe输送中热损小,满足设计需要。     

硬质聚氨酯泡沫低温比热容的试验

为了研究过渡型和环境友好型聚氨酯泡沫的低温比热容对低温绝热机构设计的影响,建立了一套绝热量热装置,通过各种措施最大限度地降低了漏热损失,对传统的CFC-11泡沫、过渡型HCFC-141b泡沫及环境友好型HFC-245fa泡沫,在温度为60 K至常温范围内的比热容进行了试验.研究结果表明:不同泡沫的比热容随着温度的上升而上升;同种泡沫,密度增大时,泡沫比热容也随之增加,但在低温区密度的影响程度变小;相同密度下,3种泡沫的比热容由大到小的顺序为HFC-245fa,HCFC-141b,CFC-11;在低温区发泡剂对比热容的影响很小.     

套管式地埋管换热器的换热影响因素研究

为解决传统U型地埋管换热器在严寒地区换热效率低的问题.以套管式换热器为研究对象,以实验结果验证模型可靠性,采用数值模拟的方法对入口流速、回填导热系数、流体流动方式以及埋管材质对其换热性能的影响进行研究.研究结果表明,入口流速为0.5 m/s时,单位延米换热量可达42.2 W/m;回填导热系数由1 W/m·K增加到2.5...     

立式高真空多层绝热液化天然气(LNG)储罐的研制

介绍了立式高真空多层绝热LNG储罐的基本结构和工作原理,并对其总体漏热进行了具体分析,给出了计算公式,为绝热性能的分析和优化设计提供了依据.最后针对LNG的特殊性质进行了结构和安全性设计.     

获得1.2K低温的实验研究

本文从低温传热的观点出发,通过对减压过程的传热分析和温度分布的测量,提出建立该类低温装置应遵循的基本原则;发现低温实验装置中,主颈管的导热漏热占主导地位,减压过程中冷气流大小对温度分布的影响很敏感,改变了颈口热辐射决定的轴向距离、77K辐射屏位置及屏间距.实验对减压降温过程进行了动态测量,并提出液氦玻璃杜瓦的非正常输入的概念。     

输送管内低温流体滞止状态热力参数数值仿真

研究输送管路中截止阀附近低温流体滞止状态的热力参数变化规律,利用有限容积法建立输送管中低温流体的流动过程及滞止状态的数学模型,对管路几何结构和各种漏热量对于低温流体滞止状态热物性的影响进行仿真计算,分析截止阀前低温流体温度升高的主要原因。研究结果表明:减小管路长度,适当增大管壁漏热量,以及减小阀门漏热量可有效降低阀门前低温流体滞止状态的温度升高幅度,为火箭燃料加注系统的改进及新系统的设计提供了一定的参考。     

液氦/超流氦制冷系统负压换热器仿真及优化设计

针对液氦/超流氦制冷系统负压换热器,开发了一种基于分布参数微元法的准一维换热器计算模型,并采用该模型对换热器进行了仿真计算及优化设计。在传统换热器设计方法的基础上,该模型进行了分块考虑,加入了低温下变物性和轴向热损失等因素的影响,并对换热器进行温度、压力耦合计算,准确得出了换热器内部的温度和压力场。最后,针对一个实际工况下的液氦/超流氦换热器进行了传热、流动设计和材料、翅片结构优化,结果表明:处于临界状态附近的换热器设计需要更加准确的工质物性,当换热器材料的热导率在4~10W/(m·K)之间时,轴向导热效应对换热器长度和性能影响较小。该设计工况中采用的板翅式换热器材料为Al6061,5层排列结构(CHCHC),翅片结构为JC654202/JC474202,能够满足设计需求。该研究工作为后续实际液氦/超流氦制冷系统负压换热器优化设计提供理论和技术支持。     

判断低温绝热型量热计绝热性能的一种快速直观方法

<正> 一、引言低温真空绝热型量热计普遍应用于低温热力学研究中,在低温比热、热导率等一系列热物性测量中,量热计绝热性能直接影响到测量结果。由于低温绝热是一个极其复杂的热力学过程,影响因素众多,目前低温下各种热力学计算中,因某些参量的近似性较大,以致对量热计的绝热性能迄今尚难以给予较确切的直观表达,因而无法揭示其在测     

饱和蒸汽在过冷液面瞬态凝结可视化实验

为了研究饱和蒸汽射入水中和在过冷液面的凝结特性,实验采用S270A型红外热成像仪取代了前期实验的热电偶,精确测出了CMT内蒸汽凝结过程的温度变化.根据实验结果发现热水层的再分层现象,并揭示热水层随时间的变化趋势.最后计算出有、无遮流板时的瞬态凝结换热系数;加遮流板时压力平衡前的凝结换热量占了总换热量的62%～76%,无遮流板时体换热系数最大达到了约70 000 W/(m3·℃).     

微弱漏气对液氢管道插拔式法兰漏热的影响

针对低温液体输送管道中法兰是最主要漏热源的问题,提出在法兰间隙中产生一定泄漏流量来降低低温插拔式法兰漏热量的设想,通过采用计算流体力学技术建立了三维稳态模型并对模型进行了验证。结果表明,随着泄漏流量的增大,插拔式法兰漏热量和泄漏工质出口温度降低。对于泄漏间隙在0.8~1.2mm之间的法兰,当泄漏流量小于10-5 kg/s时,增大泄漏流量会引起漏热量急剧下降;当泄漏流量大于10-5 kg/s时,泄漏流量上升会导致泄漏工质出口温度急剧降低,且通过增加法兰长度对减少法兰漏热量无作用。所以,合理控制泄漏流量可以降低低温插拔法兰的漏热损失。     

多屏绝热金属液氦杜瓦的规范化设计方法研究

本文以大口径多屏绝热金属液氦实验杜瓦为研究对象,对之进行了热分析,导出了颈管温度场分布的微分方程。利用数值方法解出了不同蒸发速率下对应的颈管温度场分布,并讨论了多屏屏位的确定方法,在瓶塞与杜瓦材料、结构及尺寸一定的条件下,采用经验式及一些假设,我们求出了理论最小屏数及对应屏位和实际最小屏数及对应屏位,由此计算结果分析了影响多屏绝热绝热性能的主要因素。对瓶塞长度的优化设计我们也进行了讨论。另外文中示出了由最小二乘法获得的一些金属材料热导率及辐射率随温度变化的关系式和氦蒸汽定压比热随温度变化的关系式,这些关系式对杜瓦的规范化设计是必不可少的。采用本文所提供的计算方法可进行多屏绝热金属液氦杜瓦的规范化设计。     

负能谱系统中"热"的自发传输规律和"热-功"转化规律

具体分析了负能谱系统中"热"的自发传输规律和"热-功"转化规律.负能谱中热的自发传输规律和"热-功"转化规律是与正能谱中"热"的自发传输规律、"热-功"转化规律彼此互补的,例如在正能谱中的系统热量将自发地从高温流向低温,而在负能谱中的系统热量将自发地由低温流向高温;在正能谱中功可以无补偿地全部转化为热,热不能无补偿地完全转化为功,而在负能谱中热可以无补偿地完全转化为功,功不能无补偿地全部转化为热.     

环境温度对车载LNG低温绝热气瓶日蒸发率影响的实验研究

为研究环境温度对车载LNG低温绝热气瓶静态日蒸发率的影响,以450 L标准高真空多层绝热气瓶为例,采用液氮(LN2)作为工质,进行了一系列LN2日蒸发率试验,然后通过理论分析与实验测定,给出了静态日蒸发率与环境温度之间的关系,指出环境温度对车载LNG低温绝热气瓶静态日蒸发率的影响是明显的,该结论为降低低温容器蒸发率提供了参考方法和依据。     

累计太阳辐照量对真空管太阳能热水器日得热量的影响

累计太阳辐照量17MJ/m2对应的日有用得热量Q17是评价太阳能热水系统热性能好坏的重要参数之一.在累计太阳辐照量达到测试要求以及其他测试条件相似的条件下,利用试验测试研究了累计太阳辐照量对真空管太阳能热水器系统日有用得热量Q17的影响.结果表明:日得热量随累计辐照量的增加而呈线性增加的关系,而系统的能效系数和日有用得热量Q17基本不受累计辐照量的影响;当测试条件由累计辐照量不小于17MJ/m2减小至累计辐照量不小于16 MJ/m2时,系统的日有用得热量Q17和能效系数没有明显的降低,说明新国标中对测试累计辐照量的修改是合理的.