4 K节流制冷机预冷温度及压力特性影响研究

空间4 K JT节流制冷是实现深空探测任务的关键技术之一。基于4 K温区开式节流制冷机实验台,理论分析末级预冷温度及高压压力对理论最大制冷量的影响,给出不同工况下最优末级预冷温度及最优高压压力的选择。开展实验测试验证理论计算。分别测试了末级预冷温度为15 K时,五种高压压力(0.829、1.103、1.775、1.837和2.154 MPa)以及高压压力1.773 MPa时三种不同预冷温度(11.5、15.0和18.0 K)下的最大制冷性能,实验结果变化趋势与理论值吻合较好。预冷温度及压力特性影响研究为后续节流系统整体压缩机及预冷机最优状态耦合匹配奠定基础。     

中间完全冷却CO_2跨临界双级压缩节流循环

双级压缩是提高CO2跨临界制冷循环性能系数COP的有效途径,且中间完全冷却形式的性能优于中间不完全冷却形式。对于中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环,节流形式有一次节流(STDC循环)和两次节流(DTDC循环)。分析了高压压力和气体冷却器出口温度对STDC循环和DTDC循环的性能影响,并与CO2跨临界单级压缩(STSC)节流循环进行了比较。结果表明:在给定条件下,DTDC循环的COP值最大、STDC循环的最优高压压力值最高;随着气体冷却器出口温度的升高,3个循环的最大COP均减小,最优高压压力均升高,压缩机的等熵效率均降低。对于DTDC和STDC循环,最优中间压力值偏离高压压力与低压压力的几何平均值,但是对系统的性能系数影响不大。     

一种高能固体推进剂定压燃烧温度的确定方法

根据推进剂爆热与燃烧温度的正相关性，提出高能固体推进剂实际定压燃烧温度的确定方法；阐述并明确了爆热末态产物为准稳态非绝对稳态(自由能最小)的事实；根据高温燃烧产物降温到298K确定了爆热末态燃烧产物，计算了推进剂理论定压爆热；测试不同样品质量的推进剂爆热，得到最大爆热值作为推进剂的实际定容爆热；通过测试定容爆热实验末状态的实际温度和压强，建立了定容爆热末状态燃气摩尔数的测试方法，获得了实际最大定压爆热。结果表明，根据爆热效率得到某高能推进剂在6.86MPa、10MPa、15MPa和20MPa下的实际能达到的最大定压燃烧温度分别为3598.02K、3636.40K、3675.54K和3702.82K,20MPa下的温度误差最大为252.28K,该值低于传统测温技术的误差。因此通过爆热间接确定高能固体推进剂的实际定压燃烧温度是合理的。     

跨临界CO2热泵系统最优排气压力的实验研究

为了研究跨临界CO₂热泵系统中不同热水出水温度下,环境温度对系统最优排气压力的影响,通过理论结合实验分析,以跨临界CO₂热泵机组为平台,在环境室进行了热泵热水器的性能研究。研究结果表明：环境温度和出水温度的上升都会导致系统最优排气压力的上升。出水温度为50℃时,随着环境温度从-20℃上升至3℃,系统的最优排气压力从8.26 MPa上升至9.07 MPa。拟合出以环境温度为自变量的最优排气压力关联式,关联式预测值和实验值最大偏差为1.33%。以环境温度和出水温度为自变量,通过曲面拟合的方法得到适用于该机组的最优排气压力关联式,关联式预测值和实验值最大偏差为1.26%。后者拟合的关联式具有更高的准确性。     

两种印刷电路板式微通道节流制冷器性能实验研究

回热节流结构对微通道节流制冷器性能有决定性影响,针对目前微通道节流制冷器多为单层高、低压通道结构,制冷量较小的特点,结合印刷电路板工艺可刻蚀焊接形成不同结构的叠层通道、传热效率高的优点,设计制作出两种印刷电路板式微通道节流制冷器。两种制冷器交错的高低压通道各6层。第一种制冷器的通道结构为大小微槽道相搭配,实现先回热换热后节流,当量直径分别为463 μm和120 μm;第二种通道结构为错排微圆柱针肋,当量直径337 μm,高低压板片均实现回热和节流并行发生。在2.02~5.20 MPa进口压力范围内实验研究两种制冷器性能,得到制冷器质量流量、进出口压力以及进出口和轴向测点的温度。结果表明,微槽道结构制冷器的节流段温降斜率明显大于回热段;微针肋结构前段温降斜率有略微增大的趋势,由于轴向导热和寄生热负荷的存在,后段温降趋缓。第一种制冷器在5.12 MPa进口压力下的质量流量为4.52 g/s,高压侧压降4.31 MPa,最低温度为210.9 K,第二种制冷器在5.20 MPa入口压力下,质量流量为8.70 g/s,高压侧压降4.40 MPa,最低温度可达165.2 K。相比试件一先以回热为主再以节流为主的流程形式,试件二回热与节流同时作用,热力和传热过程有不同规律,具有明显更优的温降效果,是流量、压降、换热、热力过程相互影响的综合结果。随着微通道技术在气体节流领域的应用越来越多,换热过程中伴随显著节流效应越来越普遍,两试件对比实验研究可为今后此类问题的研究、设计与应用提供一些参考。     

10~30K温区纯不锈钢丝网与混填磁性填料制冷性能对比

低温回热材料的性能是制约深低温制冷机发展的关键因素之一。在10~30K温区,对比低温段回热器采用不锈钢丝网（SS）和SS与HoCu₂混合填充两种方式的回热器损失、能量流分布及制冷性能。数值模拟表明,回热器采用纯SS填充时存在较大换热损失,而混填时流阻损失影响显著增大,随着制冷温度提高,回热器换热损失均能减小,而流阻损失有所增加。低温级脉管内能量流模拟结果表明,HoCu₂填充时,回热器焓流较小,传输到冷端的PV功也较小。最后在主动调相的热耦合两级脉管上开展实验测试,结果显示,SS与HoCu₂混合填充的低温级脉管无负荷温度到9.56K,当制冷温度为25K及以下时,制冷效率高于纯SS填充;制冷温度高于28K时,纯SS填充的制冷效率更高。通过常规不锈钢材料和磁性材料填充回热器制冷性能对比,为液氢温区高效回热器设计提供参考。     

天然气水合物在多孔介质中非静态降压裂解实验研究

模拟海底多孔介质的实验条件,利用磁力搅拌系统造成强制甲烷水合物裂解环境,分别研究了同在压力2.5 MPa时,恒温水浴在274.15、275.15、276.15、277.15 K的不同温度条件下,以及恒温水浴温度同在276.15 K时,在1.6、1.9、2.2、2.5MPa的不同分解压力条件下的分解状况,进而得出温度和压力对降压分解的影响规律。     

康迪泰克推出多款高性能高压软管

正康迪泰克橡胶工业有限公司推出多款高性能高压软管。(1)API 7K硫化一体式高压钻井软管总成该系列高压软管最大内径为6英寸(152.4mm),可承受的最高工作压力为20 000 psi(138MPa),可在121℃下作业,挠度达FSL2级别,适用于泥浆运输、跨接、注水等工作流程。(2)API 16C节流压井管该系列高压软管最大内径为4英寸(101.6mm),可承受的最高工作压力为15 000 psi(103     

高温口压力影响气波振荡管制冷性能机理分析

高温口压力是影响气波振荡管制冷性能的重要参数。搭建双开口气波振荡管实验平台,测量了气波振荡管制冷温降随高温口压力的变化,建立了气波振荡管整机分析模型。结果表明,整机温降随高温口压力升高先增加后减小,高温口压力存在最优值。高温口压力较低时,气波振荡管入射气体与管内原有气体的分界面将从振荡管高温口排出,从而使低温口中常温回流气增多,与管内膨胀后的低温入射气体掺混,降低振荡管制冷性能。高温出口压力为0.10和0.14 MPa时,高温口高压气占比分别为7.4%和4.9%,高压气占比随高温口压力提高而降低,有利于制冷性能提高。高温口压力升高促使反向压缩波强度提高,高温口压力为0.11和0.14 MPa时,反向压缩波后压力分别为0.107和0.135 MPa,不利于制冷。入射高压气体与高温侧气体的掺混程度及反向压缩波后的压力影响高温口压力最优值。     

N_2-CH_4膨胀天然气液化流程影响因素分析

使用Hysys软件对N2-CH4膨胀制冷液化工艺进行模拟计算,分析了天然气压力、混合气预冷温度、混合气预冷压力和混合气中组分的组成等参数对该流程混合气的制冷能力和主要设备功耗的影响。结果表明,提高天然气压力,控制混合气中甲烷摩尔分数在50%左右时,能增强混合气的制冷能力,减少主要设备的功耗。而降低混合气的预冷温度和增加混合气的预冷压力,都会增加系统的功耗。     

蒸发冷却冷水机组的原理、性能与适用性分析

总结了蒸发冷却冷水机组结构类型和工作原理,理论和实测验证了间接蒸发冷却的湿通道侧发生的并非绝热等焓直接蒸发冷却。根据对间接预冷式蒸发冷却冷水机组的性能测试分析,间接蒸发冷却器的湿球效率在41%～92%之间,立管、板管、露点间接蒸发冷却器比卧管间接蒸发冷却器效率高,间接预冷式蒸发冷却冷水机组制备冷水可达到亚湿球温度,制备冷水温度受间接蒸发冷却器效率、填料塔内气水比、外热源影响。以间接预冷式蒸发冷却冷水机组、机械制冷冷水机组、乙二醇自然冷却为冷源的数据中心空调系统,水侧蒸发冷却与乙二醇自然冷却应用在乌鲁木齐市、北京市、上海市的时间分别为8736、6261、4708 h,相比机械制冷的全年节电率分别为62%、53%、46%。     

干气密封的实际气体焦耳-汤姆逊效应分析

干气密封系统中气体通过过滤器、阀门、孔板和密封端面等组件时会发生焦耳-汤姆逊（JT）效应,可能导致密封气温度降低,甚至出现液相凝析。焦耳-汤姆逊效应一般通过焦耳-汤姆逊系数来反映。针对干气密封常面临的氢气、氮气、空气和二氧化碳,利用VDW方程、RK方程、SRK方程和PR方程4个经典状态方程（EOS）分别计算了相应的焦耳-汤姆逊（JT）系数,并与文献实验数据进行了比较,选择最佳状态方程作出各气体的JT系数曲线和焦耳-汤姆逊反转曲线（JTIC）,并利用编程计算出空气和氮气通过干气密封端面时,由于JT效应引起的气体温降。结果表明：实际气体的焦耳-汤姆逊效应,对干气密封的节流环节会产生重要影响。常温条件下,氢气发生致热效应,而氮气、空气和二氧化碳气体发生致冷效应。采用4种状态方程计算焦耳-汤姆逊系数时,RK方程的平均相对误差和最大相对误差最低且分别小于4%和10%。干气密封气体的实际气体焦耳-汤姆逊效应能引起较大的温度变化,其中气体介质压力比介质温度对温差的影响更大。压力较小时JT效应引起的温降可以忽略。关键词：干气密封;实际气体;状态方程;焦耳-汤姆逊系数;反转曲线     

一种基于浮式LNG的预处理和液化流程模拟

天然气的预处理和液化是海上天然气利用前的两个关键环节。选取变压吸附分离法(PSA)作为浮式LNG预处理流程的工艺方法,选择新型CO₂预冷空气膨胀液化流程作为浮式LNG天然气液化的工艺方法,并对以上预处理和液化流程进行了模拟计算与分析。结果表明,采用双层吸附剂变压吸附(PSA)预处理流程能耗低,全气体运行避免了液体吸收剂随波浪晃动的缺点,可以满足海上天然气预处理的要求;CO₂预冷空气膨胀液化流程在预冷剂及制冷剂循环过程中,没有液体的产生,安全性高;以上预处理和液化流程适应于海上晃动的LNG平台。     

CO2-H2O和CO2-H2O-NaCl 体系的相平衡研究进展

To study the feasibility of CO2 geological sequestration,it is needed to understand the complicated mul- tiple-phase equilibrium and the densities of aqueous solution with CO2 and multi-ions under wide geological condi- tions（273.15—473.15K,0—60MPa）,which are also essential for designing separation equipments in chemical or oil-related industries.For this purpose,studies on the relevant phase equilibria and densities are reviewed and analyzed and the method to improve or modify the existing model is suggested in order to obtain more reliable predictions in a wide temperature and pressure range.Besides,three different models（the electrolyte non random two-liquid（ELECNRTL）,the electrolyte NRTL combining with Helgeson model（ENRTL-HG）,Pitzer activity coefficient model combining with Helgeson model（PITZ-HG））are used to calculate the vapor-liquid phase equilib- rium of CO2-H2O and CO2-H2O-NaCl systems.For CO2-H2O system,the calculation results agree with the experimental data very well at low and medium pressure（0—20MPa）,but there are great discrepancies above 20MPa.For the water content at 473.15K,the calculated results agree with the experimental data quite well.For the CO2-H2O-NaCl system,the PITZ-HG model show better results than ELECNRTL and ENRTL-HG models at the NaCl concentration of 0.52mol·L ^-1 .Bur for the NaCl concentration of 3.997mol·L ^-1 ,using the ELECNRTL and ENRTL-HG models gives better results than using the PITZ-HG model.It is shown that available experimental data and the thermodynamic calculations can satisfy the needs of the calculation of the sequestration capacity in the temperature and pressure range for disposal of CO2 in deep saline aquifers.More experimental data and more accurate thermodynamic calculations are needed in high temperature and pressure ranges（above 398.15K and 31.5MPa）.     

Preliminary evaluation of the performance of an adsorption‐based hydrogen storage system

Using modeling and thermal simulations, the feasibility of an adsorption‐based hydrogen storage system for vehicles is evaluated. The storage capacity of a 150 L tank filled with a high surface‐area activated carbon is mapped for temperatures from 60 to 298 K and pressures up to 35 MPa. The thermal simulations are verified using experiments. For a storage capacity target of 5 kg, the adsorption‐based storage system will offer a storage advantage over the cryogenic gas storage if the residual mass of hydrogen in the tank is retrieved by heating. For a discharge rate of 1.8 g/s, the required heat is of the order of 500 W. The net energy requirements for the refueling has contributions from compression, precooling and tank cooling and can approach that for liquid hydrogen storage. With a good insulation and a maximum tank pressure of 35 MPa, the dormancy period can be extended to several weeks. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

碳酸二甲酯液相热导率

利用瞬态单热线法重新研制了一套可耐高压的热导率测量装置,热导率测量的不确定度为±2%。用推荐物质甲苯对该装置在286～350 K的温度范围内进行了检验,得到的结果与甲苯热导率推荐值的绝对平均偏差为0.48%。用该装置对温度区间为290～390 K、压力区间为0.1～30 MPa的碳酸二甲酯(DMC)的热导率进行了实验研究,并将实验数据拟合成关于温度和压力的热导率方程,实验数据与拟合方程计算值的最大偏差为-1.97%,绝对平均偏差为0.86%。     

Pressure and cooling rate‐induced densification of atactic polystyrene

The exact knowledge of postprocessing polymer‐specific volume is often a factor of enormous strategic importance from an industrial point of view. The subject is complicated by the fact that the specific volume of solid polymers at a constant temperature and pressure is not only a function of the current temperature and pressure, but is also a consequence of the whole formation history from the melt. In this work, specific volumes of samples solidified in different conditions are analyzed and related to their formation history. A wide range of cooling rates (from 5 × 10^?3 to 300 K/s) and solidification pressures (from 0.1 to 80 MPa) are examined. The results show a synergic effect of the cooling rate and solidification pressure: Lower cooling rates result in a much higher pressure‐induced densification with respect to higher cooling rates. A simple phenomenological model which essentially links the densification effect to the dependence of the glass transition temperature upon the cooling rate and solidification pressure is adopted to describe the experimental data. Starting from the densification effect, the effect of the pressure and cooling rate on the glass transition temperature is evaluated. Furthermore, some conclusions about the dependence of the volume relaxation time on the temperature and pressure in the glass transition range are achieved. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 89: 184–190, 2003     

Adsorption prediction for three binary supercritical gas mixtures on activated carbon based on a NDFT/PSD approach

A non-local density functional theory (NDFT) in combination with the pore size distribution (PSD) analysis has been applied to make a comprehensively theoretical study for correlating and predicting the adsorption equilibria of pure supercritical gases and the corresponding binary supercritical gas mixtures on activated carbon. In this approach, the required PSDs were determined from an input of experimental adsorption data of pure components. By comparing with the experimental data of three different binary systems, CH₄/N₂, CH₄/CO₂, and CO₂/N₂, at high pressure up to 13.6 MPa and temperature 318.2 K with various concentration ranges, the predictive performance of the theoretical approach was evaluated. The adsorption of the mixtures has also been predicted by applying the ideal adsorbed solution (IAS) theory. It was shown that the NDFT/PSD method could be used to predict the mixture adsorption behaviors under high pressure. The developed method has greater superiority over the IAS theory in the prediction of the mixture adsorption.     

Raney镍上松香催化加氢本征动力学

测定在不同类型搅拌器下高压釜的持气量和反应效果 ,认识到松香在Raney镍上催化加氢反应受到外扩散的严重影响 ,利用加入 2 0 0号溶剂油、改造搅拌器类型、提高搅拌速度的方法消除外扩散 ,使反应处于化学动力学控制区 ,然后采集动力学数据 ,经对 17种可能的反应机理模型进行筛选 ,推测的反应机理为 :松香中的主要成分枞酸分子不吸附 ,枞酸分子与催化剂表面上被吸附的氢原子进行反应 ,氢原子的吸附为控制步骤 ,据此导出其本征动力学方程 .     

系统压力影响下的喷雾冷却特性及温度均匀性

喷雾冷却是一种新型的高热通量换热方式。对以水为工质的封闭式喷雾冷却进行了实验研究,并结合实验现象对不同系统压力下喷雾冷却的换热特性及表面温度不均匀性进行了分析,并给出了相应的量纲1压力换热关联式。实验结果显示:由于系统压力较低,喷雾工质在较低的温度下进入两相区,其换热能力远远高于常压下的换热能力,且换热性能随系统压力减小呈指数性增大关系;在实验条件中,可以实现在85℃的平均壁面温度下,热通量达到360W.cm-2;低压下喷雾冷却被冷却壁面的温度不均匀性小于常压下温度不均匀性。