摘要：从状态方程的角度出发,针对不同状态方程在低温高压范围内对于氢热力学性质的预测展开研究,利用目前使用较多的立方型以及多参数状态方程对于氢的PVT数据、等容热容、等压热容、焓、熵等热力学性质进行计算。将计算结果与NIST数据库给出的标准值进行比较,并对方程参数进行修正,进一步探讨了各个压力段不同状态方程的优劣以及误差产生的原因,为之后状态方程的使用、改进以及液氢相关设备的设计提出了建议。

摘要：深海环境模拟装置是开展深海技术与装备研发中必不可少的试验系统。本文基于预应力钢丝缠绕技术,将传统的单层筒体拆分成双层结构,并在内套筒和外套筒间设有冷却通道。以筒体内径1 000 mm、筒深2 500 mm、最高设计压力200 MPa的深海环境模拟装置为例,进行筒体结构和低温控制过程的初步计算分析。通过计算结果可知:在筒体结构设计上,缠绕预紧系数η=1.13时,筒体外半径r0=795 mm,芯筒总厚度为177 mm,所需缠绕钢丝层厚度为118 mm;在低温控制过程,增压器等熵效率为0.6时,需要通过制冷系统将初始状态的工质水冷却至0℃,并保持筒内不少于4.6%的含冰量,且制冷系统总制冷量不低于24.62 kW,则可以实现筒内200 MPa下4℃及以下低温控制。研究结果可以为大型全海深环境模拟装置的低温控制策略研究提供参考。

摘要：由于液氢具有储氢密度高等显著优势,因此氢液化技术是实现氢大规模化应用的关键技术之一。构建了双压Claude循环的氢膨胀制冷氢液化循环流程,调用Refprop软件物性库确保物性数据的准确性,利用遗传算法以总比功耗为优化目标,开展了氢液化流程热力参数设计与优化。优化后流程氢液化率达到6.5 t/d,液氢产品仲氢含量95%,总比功耗为10.53 kW·h/kg,流程(火用)效率为35.72%。给出了低温各部件(除却压缩机和水冷器部分)的(火用)损失分布和各部件(火用)损失占比;可为大型工业级氢液化装置研制提供参考。

摘要：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%.

摘要：以同轴型液氦低温传输管线为研究对象,将同轴型液氦低温传输管线简化为液氮传输管线进行模拟研究,得到了管线漏热量及温度分布.设计了低温传输管线漏热测试平台,该平台可实现不同绝热支撑及不同多层绝热材料的对比优化实验,有效评估待测低温传输管线的漏热量,具有样件可替换、测试简便、精确度高等优点,测试精度小于4.2%.基于该测试平台,开展了低温传输管线的性能实验研究,得到单个绝热支撑和多层绝热材料的漏热量分别为0.44 W/m和1.02 W/m,低温传输管线的总漏热量为1.46 W/m;多层绝热材料的表观导热系数为2.79×10-4 W/（m·K）.实验验证了低温传输管线漏热测试平台的有效性和准确性.

摘要：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。

摘要：为了确保低温传输管线的设计质量,采用高真空多层绝热方式减少管线的漏热。通过分析多层绝热和支撑表面辐射,对低温传输管线进行了传热模拟研究,得到了内管道壁面间的辐射换热量和支撑总体漏热量。分析了三角形和正方形支撑漏热量的不同;同时对比了不同发射率支撑表面下,支撑辐射换热量、导热量和温度分布的变化。结果表明:在满足支撑强度条件下,应当增大热传导距离,减小支撑的接触面积以及辐射换热面积;随着支撑表面发射率增大,支撑表面辐射换热量增加,导热量减少,总体漏热量增大,当发射率为1时,模拟得到的漏热量仍小于1 W/m。

摘要：对改进Claude循环的大型氦低温制冷系统建立能量平衡方程,得出循环效率的计算公式。对氦低温制冷系统的制冷模式和液化模式进行热力分析,找出循环中各个参数之间的关系,并提炼出关键的独立变量:压缩机出口压力,透平膨胀机的分流率和换热器效率。利用流程软件对改进Claude循环的大型氦低温制冷系统建立静态模型,分析了压缩机出口压力,透平膨胀机的分流率和换热器效率与循环效率的关系,从而找出系统的最优设计参数。

摘要：低温传输管线是大型低温制冷设备中的关键部件之一,采用高真空多层绝热方式减少低温传输管线的漏热。基于Fluent计算平台,分别采用DTRM模型、P1模型、ROSSELAND模型、DO模型、S2S模型对真空环境下的液氦传输管线进行了数值模拟。对比解析计算解,确定了适合液氦低温管真空环境下辐射换热的计算模型,并利用S2S模型对低温传输管线的整体结构进行了模拟。模拟分析表明:S2S模型计算得到的管壁面辐射和温度场与解析解较为接近,更适合真空环境下的壁面辐射换热计算;支撑漏热为主要漏热,管壁面间辐射换热占总漏热量比例较小,整体漏热小于1W/m,满足设计需求。