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。