大型氦低温制冷系统研究进展

低温超导技术在基础科学研究中的广泛应用,极大地带动了低温工程的发展.大型强子对撞机(LHC)、国际热核聚变实验堆(ITER)、先进实验超导托卡马克(EAST)、北京正负电子对撞机重大改造项目(BEPC-Ⅱ)所配套的大型氦低温系统,分别作为国际与国内最大的低温装置,代表了当今低温技术的最高水平.介绍了这4个典型低温系统的流程、性能指标以及运行情况,以及其它具有代表性的氦低温系统及其应用.     

中国散裂中子源低温系统氦制冷系统的安装与调试

氦制冷系统是中国散裂中子源(CSNS)低温系统的重要组成部分,能够为氢循环系统提供2 200 W@20 K的冷源。介绍了CSNS氦制冷系统的组成及设备布局图及氦制冷系统的调试原理,完成了控制界面图及氦制冷系统的安装和调试准备工作,详细说明了调试的过程,获得了700 W/1 400 W/2 200 W 3种制冷功率下的状态参数。氦制冷系统调试顺利完成,结果满足了验收指标。     

氦制冷机的效率

随着超导技术发展和广泛应用,它对低温系统的容量要求也越来越庞大。对于大型超导磁体系统的氦制冷系统,其效率直接影响大型超导装置的运行费用。论述了影响氦制冷机效率的各种因素,并指出了提高制冷机效率的各种基本途径。     

大型空间环境模拟设备的气氦制冷系统

介绍了大型空间环境模拟设备的气氦制冷系统,说明了气氦系统的作用、工作原理及组成,并与同类空间环境模拟设备的气氦制冷系统进行了比较与分析。     

两段式喷嘴几何参数对引射制冷系统性能的影响

用引射器代替膨胀阀可以提高制冷系统COP,而影响引射制冷系统性能的重要因素是引射器性能。对使用不同喉部直径喷嘴的引射制冷系统性能进行实验研究,分析引射器两段式喷嘴第一和第二喉部直径对引射器和系统性能的影响。实验结果表明,在冷凝温度40℃、蒸发温度-10℃工况下,随着第一喉部直径增大,引射比先升高后降低,制冷量和COP均降低,喉部直径为1. 8 mm时系统性能最佳;随着第二喉部直径增大,引射比先升高后降低,制冷量和COP均先降低后升高,喉部直径为1. 4 mm时系统性能最佳。     

中温循环制冷剂对三级复叠式制冷系统性能的影响

为研究R1150/R23/R161三级复叠式制冷系统中温循环制冷剂替代的可行性方案,对采用R1150/R41/R161,R1150/R170/R161和R1150/R23/R161的三级复叠式制冷系统进行热力学分析。结果表明:蒸发温度在-120~-80℃范围内,系统处于最优运行效率时,R1150/R41/R161,R1150/R23/R161和R1150/R170/R161的系统性能系数、压缩机输入功率和系统损失相差不大;在压缩机排气温度、热力学完善度和效率上,R1150/R170/R161和R1150/R41/R161的表现优于R1150/R23/R161。综合来看,采用R41或R170在三级复叠式制冷系统中取代R23的制冷剂替代方案是可行的。     

润滑油对制冷系统的影响

讨论了润滑油与制冷剂的互溶对制冷系统性能的影响.润滑油与制冷剂的热物理性质相差很大,因而进入循环后必然会引起制冷剂流动、换热系数和压降的变化.分析了制冷剂在制冷系统各部件内循环流动时,含油量对系统性能的影响及机理.总体来讲,少量的润滑油对系统的制冷效果是有利的,但含油量过大则会降低制冷量,并对系统产生许多不利的影响.     

环保型低温制冷系统的性能实验

对环保型R290/CO2复叠式低温制冷系统的性能进行实验,得出R290循环的COP要比CO2循环的COP高,CO2压缩机的吸气温度对CO2压缩机排气温度的影响较明显.CO2低温循环中,随着温度的降低,制冷工质的粘性对管路的流动阻力损失影响不大.制冷系统的压力和流量的稳定性非常好,温度的稳定性能够满足实验精度要求.     

散裂中子源超临界低温氢循环用氢氦换热器设计

中国散裂中子源工程(CSNS)采用氦制冷循环冷却超临界氢至20 K温区,进而用低温超临界氢慢化中子。根据冷却系统的运行工况和参数要求,使用MUSE软件对氢氦换热器进行设计计算,并分析了其压力、温度、传热系数的沿程分布。结果显示氦气侧的压降限制主导了换热器的主要结构尺寸。由于氦制冷机的氦气压力和质量流量较低,氦气侧的传热系数较低,研究表明这是该换热器性能提升的瓶颈。     

膨胀机对修正克劳特氦液化循环的影响及其热力学分析

以膨胀机为研究对象,分析了膨胀机对基于两级膨胀机串联的修正克劳特氦液化循环的影响.通过对系统中的部件进行逐个分析,用编程的方式实现了对氦液化循环的模拟,得到了不同膨胀机分流量、一级膨胀机出口压力、膨胀机效率下循环的液化率,并从热力学角度进行分析.研究结果表明膨胀机的分流量为80％时循环液化率最大,该值会随一级膨胀机出口...     

低温培养对大肠杆菌电穿孔转化效率的影响

在18℃和37℃振荡培养大肠杆菌DH5α并制备感受态细胞,用Eppendorf公司的Multiporator电转移仪进行电穿孔转化,研究了培养温度对转化效率的影响。实验结果表明,低温(18℃)培养的细菌,回收时的OD600值在0.5～1.0时,转化效率都维持在高水平;而在37℃培养的细菌,转化效率仅在OD600 0.6～0.7时出现一个锐利的峰值,此OD600值前后转化效率显著下降。在不影响细胞生长的情况下,18℃培养细菌的转化效率随电场强度增加而升高;而37℃培养的细菌在电场强度超过20.5 kV/cm时转化效率将大幅度下降。另外,还对影响转化效率的其他因素(培养基、振荡培养时的转速、细胞密度、质粒浓度、电击前后冰浴时间等)进行了优化,建立了一个便利而高效的质粒DNA电转化方法,获得1.02×10~10cfu/μg DNA的高转化效率。     

低温容器的氦质谱检漏

分析了大、小型低温容器的氦质谱检漏的各自特点及应注意的问题，讨论了部分国产氦质谱检漏仪的应用特点。     

低温氦透平膨胀机的研究进展

对低温氦透平膨胀机的近期研究进展进行了介绍，特别指出了动压气体轴承在透平膨胀机中的应用现状与前景。     

超低温及低温循环对混凝土材料性能的影响

针对普通预应力混凝土作为液化天然气(LNG)储罐材料在超低温(-165℃)环境中力学性能显著退化的问题,本文研究并评价了低温高性能混凝土(LHC)的低温性能,并对其孔结构特征和低温循环后的力学性能进行分析.结果表明:LHC基体内部105～104 nm的毛细孔数量相对较少,LHC内毛细孔和气孔的体积以及总孔隙率均低于C60混凝土.低温循环后,LHC基体和C60混凝土内部结构发生一定程度的损伤,各种力学参数均呈下降趋势.与C60混凝土相比,在超低温环境中,LHC具有优异的力学性能.     

电子膨胀阀对制冷系统的影响

通过改变电子膨胀阀的开度,以及在试验箱体内加入不同的热负荷条件,研究了电子膨胀阀对制冷系统的影响,并对制冷循环参数的影响进行了分析。     

周期性冲击对大型超导核聚变低温系统氦透平膨胀机影响研究

超导核聚变装置磁体会因"交流损耗"而产生大量的热,迫使磁体内通道压力升高,导致与之直接相连的氦透平膨胀机的运行稳定性与运行效率受到严重影响,从而影响超导核聚变实验。详细分析超导核聚变装置用低温氦透平膨胀机受周期性冲击的机理与不可回避性,并用提高氦透平膨胀机本身性能、改善制动调节与氦透平膨胀机出口压力调节的反馈控制思想,得出一些提高氦透平膨胀机稳定性、降低冲击的方法。高效气体轴承与优化的转子结构可以有效提高氦透平膨胀机本身的抗干扰能力;快速响应制动功率,使之与负载匹配,可有效改善外界干扰程度;氦透平膨胀机出口压力快速调节,可降低氦透平膨胀机进出口参数,降低影响。     

空气循环制冷系统的除水防冰技术

介绍了高压除水空气循环制冷系统的原理，并以两相流理论为基础，对高压水分离器和冷凝器的除水防冰机理进行了理论和试验研究，提出了系统和部件提高除水防冰效果以获得干燥低温空气的技术途径。