PAPS超流氦低温系统中2K负压换热器的设计与优化

先进光源技术研发与测试平台(PAPS)需要2K超流氦系统为超导腔提供低温环境,2K负压换热器是低温系统的关键部件,考虑氦工质的物性随温度变化较剧烈,采用分段法对换热器进行计算,建立了2K负压换热器的计算模型,基于该模型编写了换热器的设计及校核计算程序,并对换热器进行了优化。结果表明,结构参数对换热性能有较大的影响,优化后的换热器所需的换热面积减小,换热系数增加,低压侧压降降低。     

来流温度速度不均匀时换热器效能的分析

本文得出了逆流换热器来流温度分布不均匀、相变叉流换热器单相侧来流温度分布不均匀不影响换热器效能的结论；来流速度分布不均匀削弱了换热器的传热，温差场均匀性因子愈大效能愈高，即“换热器温差场均匀性原则”也能指导来流速度分布不均匀的逆流和相变叉流换热器的热分析。     

新型平板热管相变换热器储放能过程的研究

将新型平板热管作为换热元件引入相变蓄热系统,研制了一套新型的平板热管式相变蓄热换热器。蓄热换热器采用石蜡作为蓄热材料,对其蓄、放热过程进行了实验研究,得到了不同时刻换热器内石蜡温度分布。改变供、取热流体温度,分析了流体入口温度对换热器蓄放热过程的影响,分析了新型平板热管在蓄放热过程的均温性能以及换热器的蓄放热效率。结果表明,新型平板热管相变换热器蓄、放热效果良好。     

超流氦制冷系统2K冷却级热力分析

通过对节流阀阀前J-T换热器的效率以及2 K冷却级的制冷量等参量与节流阀前温度、压力以及J-T换热器冷、热端温差等关系的分析表明,考虑比热变化时J-T换热器的效率均低于不考虑比热变化时的J-T换热器的效率,且发现在降低换热器入口温度来提高单位质量氦气的2 K制冷量时,J-T换热器的热效率将降低。分析结果表明为避免系统变工况运行时换热器运行出现负温差,建议J-T换热器应该以限定冷端温差进行设计。     

平行流热管换热器传热性能实验研究

平行流热管换热器综合了热管轴向高效换热和平行流换热器管外高效换热的优点,是一种新型的重力热管换热器。本文基于传热风洞对充注R600A的平行流热管换热器进行传热和流动性能测试。实验中平行流热管换热器的热阻最小仅为0.06 K.W~(-1),换热效率在95%～98%之间;平行流热管换热器的均温性和换热效率受到其管径较小引起的脉动现象影响,冷凝段温度分布出现分层现象。实验结果为平行流热管换热器的优化设计提供了参考依据。     

宽带相干反斯托克斯喇曼散射法诊断固体燃剂燃烧场

 报道了采用单次脉冲非稳腔空间增强探测 相干反斯托克斯喇曼散射（USED CARS）技术诊断常压下固体燃剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度。采用宽带USED CARS技术，在固体燃剂瞬态燃烧场获得了较高信噪比的单次激光脉冲氮气Q支CARS实验谱，用CARS理论计算软件拟合CARS实验谱，给出了固体燃剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度在不同高度的分布，固体燃剂燃烧场温度约2 250K、氮气相对浓度16%～20%。     

分子发射光谱法测量微波等离子体气体温度（英文）

通过OH自由基A~2Σ~+→X~2Π_r电子带系分子发射光谱测温法,实现了对氩气、氮气、空气三种大气压微波等离子体气体温度的测量。探究了不同微波功率、不同气体流量下气体温度的变化规律,测量了氮气、空气微波等离子体羽流的轴向温度分布。实验结果表明,不同工作条件下微波等离子体核心温度普遍超过2 000K,空气微波等离子体可超过6 000K;同样工作条件下三种微波等离子体气体温度满足:T_(Ar)T_N_2T_(Air);气体温度总体上随微波功率增加而小幅增加,随气体流量下降而小幅降低;氮气与空气等离子体羽流温度沿轴向迅速降低。为验证分子发射光谱测温法的准确性,以热电偶测温作为比对,对温度较低的介质阻挡放电氩气等离子体进行了温度测量,实验表明,分子发射光谱法与热电偶所测结果十分接近。     

分子发射光谱法测量微波等离子体气体温度

通过OH自由基A2Σ+→X2Π_r电子带系分子发射光谱测温法,实现了对氩气、氮气、空气三种大气压微波等离子体气体温度的测量。探究了不同微波功率、不同气体流量下气体温度的变化规律,测量了氮气、空气微波等离子体羽流的轴向温度分布。实验结果表明,不同工作条件下微波等离子体核心温度普遍超过2 000 K,空气微波等离子体可超过6 000 K;同样工作条件下三种微波等离子体气体温度满足：T_Ar<T_N2<T_Air;气体温度总体上随微波功率增加而小幅增加,随气体流量下降而小幅降低;氮气与空气等离子体羽流温度沿轴向迅速降低。为验证分子发射光谱测温法的准确性,以热电偶测温作为比对,对温度较低的介质阻挡放电氩气等离子体进行了温度测量,实验表明,分子发射光谱法与热电偶所测结果十分接近。     

用于CEPC探测器超导磁体的液氮虹吸实验研究

概括了环形正负电子对撞机(CEPC)探测器超导磁体拟采用的虹吸冷却低温系统的研制背景,重点介绍了液氮虹吸实验平台的设计、组装及检漏。分别以氮气液化后的液氮填充相分离器的1/5和1/3体积的要求进行了两次实验,其常温常压下的体积分别为0.32m~3和0.47m~3。实验发现当充装量为0.32m~3时,蒸发侧加热功率达到10W后发生了烧干现象;充装量为0.47m~3时,蒸发侧加热功率达到20W后液氮回路仍循环良好,管路最大温差不到1K,管路温度分布均匀,未发生烧干现象。实验结果表明,氮气的充装量以及蒸发侧的加热功率是影响虹吸冷却效果的两个重要因素。     

CO_2系统微通道蒸发器的研究

研究了将微通道换热器应用于CO_2循环中作为蒸发器的性能和其对CO_2系统性能的影响。实验结果表明,在系统中微通道换热器运行平稳,其在CO_2系统中作为蒸发器换热量可达3.75 kW,热量体积比为6.35×10~4 kW/m~3,微通道换热器制冷剂侧的换热系数最高可以达到8.5 kW/(m~2·K),微通道蒸发器换热效能达到90%以上,同时蒸发器制冷剂侧的压降在40 kPa以内,相对于CO_2跨临界循环的高运行压力,压力损失很小。     

Design and Experimental Investigation of a Gas-to-Gas Counter-Flow Micro Heat Exchanger

In this work, a double-layered microchannel heat exchanger is designed for investigation on gas-to-gas heat transfer. The micro-device contains 133 parallel microchannels machined into a polished polyether ether ketone plate for both the hot side and cold side. The microchannels are 200 μm high, 200 μm wide, and 39.8 mm long. The design of the micro-device allows tests with partition foils in different materials and of flexible thickness. A test rig is developed with the integration of customized pressure and temperature sensors for in situ measurements. Experimental tests on the counter-flow micro heat exchanger have been carried out for five different partition foils and various mass flow rates. The experimental results, in terms of pressure drop, heat transfer coefficients, and heat exchanger effectiveness are discussed and compared with the predictions of the classic theory for conventionally sized heat exchangers.     

Experimental Investigation on Heat Transfer Characteristics of a Gas-to-Gas Counterflow Microchannel Heat Exchanger

Heat transfer characteristics of a gas-to-gas counterflow microchannel heat exchanger have been experimentally investigated. Temperatures and pressures at inlets and outlets of the heat exchanger have been measured to obtain heat transfer rates and pressure drops. The heat transfer and the pressure drop characteristics are discussed. Since the partition wall of the heat exchanger is thick compared with the microchannel dimensions, a simple heat exchange model with constant wall temperature is proposed to predict the heat transfer rate. The predicted heat transfer rate using the constant wall temperature model agrees well with the experimental results.     

螺旋折流片换热器壳侧传热与流动的数值模拟

提出了一种强化管壳式换热器壳侧传热的螺旋折流片式换热器新方案,该方案在部分管子上套上螺旋折流片,不仅强化传热,而且对相邻管子形成支撑;利用FLUENT流体计算软件对同心套管螺旋折流片式换热段的壳侧流场、温度场进行了数值模拟,并讨论了螺旋角对其强化传热和阻力性能的影响。结果显示螺旋折流片诱导的涡旋流动对于减薄边界层,促进近壁流体与主流区流体的动量和质量交换进而强化传热有明显的作用,传热系数可比光管提高约40％-100％,但其流动阻力也将增大。     

Regenerative heat exchanger with a periodic change in the airflow direction for room ventilation

This paper presents the results of experimental research of heat transfer in air-to-air regenerative heat exchanger with periodic change of flow direction. The temperatures of the airflow and the material of regenerative packing in different sections have been obtained. The temperature efficiency of the heat exchanger has been determined at different flow rates. The developed mathematical model of the regenerative heat exchanger is described. It is shown that the model fairly well describes the experimental results. Based on numerical studies the dependence of thermal efficiency of the heat exchanger on the airflow rate is determined. It is shown that changing the ratio of the oppositely directed flow rates, it is possible to regulate the temperature of the air flowing into the room. The possibility of using the model for optimizing the operational and design parameters of heat exchanger is demonstrated.     

空调器焓差实验室节能的实验研究

在焓差实验室的室内侧增加一个热回收装置,利用高温高压制冷剂气体对空气经行加热,减少电加热及电加湿;室外侧采用热气旁通,使蒸发温度控制在一个合适的范围内,减少加湿量,达到节能目的。     

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。     

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析 ,对脉冲管制冷机制冷功率的提高提出了改进方案 ,搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台 ,在实验中首次采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头 ,对这种换热器的效率在不同实验条件下进行了计算 ,并通过实验验证了这种新型换热器在脉冲管制冷机中应用的可行性。实验表明 :改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键问题。在使用烧结换热器的单级脉冲管制冷机实验台上 ,采用输出功率 3k W的压缩机在 80 K时得到了 35W的制冷量 ,在效率上属国内领先水平。     

斜向流换热器壳程流场均匀化研究

传统弓形折流板换热器壳程流体横向流动时存在流动阻力和传热死区大等缺点。为克服上述不足,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,采用导向型折流栅替代传统弓形折流板,倾斜流道内流体斜向冲刷换热管束。考察和对比了斜向流换热器和弓形折流板换热器壳程主流区的流体流速分布和变化规律,证实了导向型折流栅具有显著的控涡均化壳程流场和提高壳程流体整体流速的作用,有助于减小壳程压降,增大有效换热面积,为管壳式换热器结构改良提供了参考依据。     

平直开缝翅片传热特性的三维数值模拟及场协同原理分析

本文用数值模拟的方法对翅片管换热器中广泛使用的平直开缝翅片的传热特性进行了数值模拟。结果表明在平翅片后部开缝与在翅片前部开缝相比,换热增强更多,并用场协同理论分析说明,在速度场和温度场协同比较差的区域开缝要比在场协同比较好的区域开缝对传热强化更有效。