免液氦量子电压标准低温系统设计与研究

提出一种免液氦量子电压标准低温系统,给出了设计和结构,详细分析了10 K左右NMIJ结阵的结构和超导特性。实验结果表明,设计和研制的免液氦量子电压标准低温系统,能够较好地为NMIJ约瑟夫森结阵提供10 K左右低温环境,测得的临界电流和超导量子电压台阶宽度满足结阵超导特性使用要求,为下一步直流量子电压的准确输出奠定了基础。     

一种用于冲击压缩实验的液氦温度低温靶

介绍了研制的一种液氦温度低温靶靶体。该靶体具有独立真空夹层与气冷屏,采用连续流减压降温的液氦制冷方式,在约100 Pa真空环境下,获得了稳定的4.2 K制冷温度。它可以用于氦等气体样品的冲击压缩实验。     

液氦温区大型低温制冷系统的可靠性评估

针对改进Claude循环的大型氦低温制冷系统,以制冷量不足为顶事件建立了故障树模型。利用结构法对故障树模型进行定性分析,分析得到系统的最小割集为18个。利用来自不同数据库的部件失效率对故障树模型进行定量计算,得到了不同的结果,并分析其原因。对各部件的关键重要度进行了计算,以衡量各个部件对系统发生故障的贡献程度。并通过增加系统冗余部件和提高关键部件可靠度等措施,为提高系统可靠性找到了有效的解决途径。     

超导HWR腔垂直测试低温系统试验研究

中国科学院先导科技专项ADS(Accelerator Driven Suberitical,ADS)嬗变系统中超导HWR(half-wave resonator,HWR)腔垂直测试需低温系统维持4.2 K(液氦)的低温环境,低温系统降温过程包括氮气置换、液氮预冷、氦气置换和液氦冷却。通过实验建立了低温系统降温4个阶段不同测点温度随时间的变化规律,在此基础上,计算了液氦的消耗速率和杜瓦的静态热负荷,分析了低温系统在稳定工作状态时最佳的液氦补液时间间隔。结果表明:该低温系统满足超导HWR腔垂直测试需求,消耗液氮约175 kg、液氦约2 048 L,低温系统稳定工作时液氦体积消耗速率为32 L/h,杜瓦静态热负荷为21.36 W,液氦合理补液时间间隔为4 h,为后续超导HWR腔垂直测试提供了保障。     

国际热核聚变(ITER)用低温超导线研究进展

国际热核聚变实验反应堆(ITER)是目前伞球最大的国际合作研究项目.该计划将首次建造可实现大规模聚变反应的聚变实验室.研究解决核聚变关键技术难题,是人类实现受控热核聚变研究走向实用化关键的步骤.由低温超导线材绕制的磁体系统是ITER装置的核心部件.我们通过开展Nb3Sn及NbTi超导线批量化制备技术的研究,掌握了纵向场(TF)磁体及极向场(PF)磁体用高性能Nb3Sn及NbTi超导线制备的关键技术.生产出性能达到ITER项目的设计要求的青铜法Nb3Sn超导线和内锡法Nb3Sn超导线,单根长度大于5 000 m,临界电流Ic(4.2 K,12 T)均大于190 A,磁滞损耗小于500 mJ/cm3(4.2 K,±3 T),n值大于25;制备出满足ITER项目要求芯数为2 600根的NbTi超导线,单根长度大于10 000 m,临界电流Ic值达到360 A(4.2 K,5 T),n,值大于30,磁滞损耗值小于45 mJ/cm3.(4.2 K,±3 T)的技术指标.     

利用支撑热容消减ITER低温系统热脉冲方法的分析

国际热核聚变实验堆(ITER)低温系统的一个主要任务就是移除当磁场变化及聚变反应时在磁体系统内产生的大量脉冲热负荷.为了削减回到制冷机的热负荷峰值,在脉冲阶段将部分波动热负荷释放到磁体支撑部分,但这种方法将会导致磁体支撑部分的温度略有升高,从而影响磁体超导线的温度.为此建立了一个纵向场磁体的一维非稳态模型,采用FORTRAN语言编程求解一组非稳态的控制方程进行模拟计算,以此来研究实施这种方法的可行性.计算结果表明依靠磁体支撑部分吸收脉冲热负荷时,超导线的最高温度仍低于5K的最高限制.     

液氦传输管线的支撑设计和静力学分析

液氦传输管线是大型氦低温制冷设备高效运行和冷量运输的保障。为了设计出满足工程要求的管线,采用高真空多层绝热能减少管线的漏热。与此同时,选择合适的支撑结构和布置间距对减少漏热和满足强度要求是十分重要的。采用有限元软件ANSYS对液氦传输管线的支撑和补偿件等进行了静力学分析,结果表明:设计的液氦管线每间隔3 m布置一个支撑能很好的满足强度和减少漏热的要求;同时采用的波纹管进行低温应力补偿,对应力集中点进行了分析,模拟结果能满足强度要求,论证了管道设计的合理性和可行性。     

高导热高电绝缘AlN低温特性及热分析

基于AlN在超导应用的低温实验基础上，报道上海硅酸盐研究所研制的AlN材料在低温30K～160K温度范围的热导率，实验表明其热导率随温度增加而增大；并从低温微结构工程学角度来阐明它的传热机理与热分析。为超导应用直接冷却的经验设计发展到计算设计提供理论基础与实验应用数据。     

EAST超导托卡马克热负荷波动对低温系统液氦槽的影响

EAST超导托卡马克的纵场和极向场磁体均采用NbTi超导材料,由3.8 K超临界氦冷却.在托卡马克实验运行时,极向场的放电脉冲和等离子体破裂产生的交流损耗带来的热负荷增加,经过超临界氦流带到低温系统控制阀箱内的液氦槽和过冷槽,造成槽内的液氦蒸发量增加.蒸发的氦回到制冷机中,从而影响制冷机的稳定运行.通过对实际超临界管道和液氦槽、过冷槽中换热过程建立换热模型,进行热工分析,分析液氦槽和过冷槽中的压力等参数的变化,指导低温系统的设计.     

1.8 K常压超流氦低温系统漏热分析及真空泵抽速计算

给出了1.8K常压超流氦低温系统的工作原理.对HeⅡ腔的漏热进行了分析和计算,包括环氧隔热板、安全阀、支撑杆以及测量线与电流引线底座同He Ⅰ腔的导热,真空夹层之间的残余气体导热以及HeⅡ腔内杜瓦与其外周冷屏的辐射换热.根据漏热值,对所需真空泵的抽速进行了计算,同时给出了预冷与节流相结合获取1.75 K超流氦方案物理过程的温-熵图.     

4.2K低温调节阀传热过程分析

根据低温调节阀的实际运行工况,分析其各漏热途径。针对其漏热情况,提出了多种减小漏热量的措施。同时,利用有限元软件ANSYS模拟分析了低温调节阀及改进后的低温调节阀在设计工况下的温度场分布及其漏热量,并对比分析。模拟分析显示,低温调节阀的内管采用G-10CR材料后,其漏热量降低了32%;低温调节阀的外管焊接热沉后,其漏热量降低了43%。     

超导波荡器热负荷测试装置超高真空系统

介绍了超导波荡器热负荷测试装置超高真空系统的设计、调试。通过离子泵、吸气剂泵以及系统低温冷凝面的联合抽气作用,使系统在常温下获得7.8×10-8Pa的真空度,在低温下能够获得1.7×10-8Pa的真空度,满足光源储存环真空系统1.3×10-7Pa的真空度要求。     

关于低温送风系统的通风、热舒适和空气品质的探讨

介绍和评价了低温送风系统通风量、新风比的修正方法,空气分布性能指标ADPI(Air Diffusion Performance Index).分析了具有较低的相对湿度的低温送风系统对室内热舒适和室内空气品质的改善作用,得出在等效热舒适时,可通过提高室内干球温度,而降低空调系统的运行费用,同样在保证空气品质前提下,通过减少新风量,提高系统的经济性.     

NBI低温冷凝泵液氦杜瓦的热力分析与工程设计

降低中性束注入器低温冷凝泵的LHe消耗率,是进行低温冷凝泵设计时应考虑的核心问题之一。通过对NBI低温冷凝泵的LHe杜瓦进行热力分析,确定了影响杜瓦内LHe蒸发率的关键参数。探讨了降低LHe蒸发率的措施,依此确定了在工程设计中为达到减小LHe蒸发率、提高泵运行经济性可采用的结构形式。     

基于ZBO存储的低温储箱漏热分析

由于低温液体的存储温度很低,造成周围环境的热量漏入贮箱内部,导致低温液体的蒸发和贮箱内部压力升高.为了解决上述问题,采用被动绝热与主动制冷相结合的零蒸发无损存储(ZBO)方案,通过分析计算进入低温贮箱内的热量,包括通过储箱体、颈管及连接管路进入储箱的热量,为进一步减小漏热量及优化ZBO存储性能提供理论依据.     

低温送风空调系统的风管得热与温升

探讨了由于较低的送风温度使送风系统在风管温升、风管得热等方面发生的变化,并用公式计算了常规系统和低温送风系统的风管温升和风管得热.计算分析表明,在相同的保冷水平下,低温送风系统的风管温升大于常规系统(为常规系统的1.5倍以上),而低温送风系统的风管得热则近似等于常规系统(为常规系统的1.09倍左右).     

低温保护剂热物性分析与冰晶的显微研究

低温保存过程中,冰晶的形成和生长是造成细胞损伤的主要因素之一。本文研究低温保护剂在降温过程中冰晶的生长规律,方法是应用低温显微镜系统,观察低温保护剂溶液的浓度及不同添加物对于冰晶生长和形状的影响,并利用差示扫描量热法(DSC)研究了溶液的熔融相变过程的变化。低温显微实验表明:低温保护剂溶液结晶形状、大小与溶液的浓度和添加溶质(糖或糖醇)有关,溶液浓度高,形成的冰晶小,对细胞损伤小,添加山梨醇的混合液冰晶形状细小,减轻了冰晶对细胞结构的物理损伤。DSC实验表明:在四种低温保护剂中5%Me2SO与山梨醇混合液(体积比)熔融温度最低,热焓值最小,溶液形成的冰晶最少,因此对细胞的低温损伤最轻。     

低温真空电流引线热分析

对在两级制冷机传导冷却下由高温超导和铜组成的二元电流引线进行热分析.给出了不同运行电流下,在室温温度(300 K)和制冷机一级冷头温度(77 K)间铜电流引线的温度、热流分布.认为大电流运行下,传导热等于焦耳热的一半时,在二元电流连接点的热流最小.给出了在最小热流下电流引线的尺寸优化方法.     

高真空多层绝热低温容器整体热分析及试验验证

对35 m'高真空多层绝热低温容器在满载液氧的状态下进行热分析,得到标准状态下该容器漏热量的分布范围及相应的静态蒸发率分布,分析了导热和辐射漏热在总漏热的比重.将计算结果和静态蒸发率试验进行对比,结果符合较好,说明计算的准确性和有效性.进而分析了冷态下玻璃钢支承件和罐体的接触情况.结果可为高真空多层绝热低温容器的设计、...     

空调系统再热方法分析

再热是空调系统中常采用的空气处理方式。对送风温差和二次回风系统进行分析,认为从系统温湿度精确控制的角度看,再热是一种比较理想的方式。对几种常见再热方法进行分析,其中冷凝热是系统再热的理想热源。对利用冷凝热作为系统再热热源的可行性进行探讨,提出双冷凝器的连接方式和系统再热量的控制方案。