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混合工质节流制冷机的理论与实验研究

-40℃~-120℃的低温环境在能源、军工、空间技术、医疗,生物和生命科学等领域都有着广泛的应用和良好的应用前景。采用单级压缩的混合工质制冷机进行该温区的深度制冷,不但可以使制冷机的结构得到简化,提高制冷机运行的可靠性,而且还可以获得更高的热力学效率。但是,到目前为止,该温区有关混合工质制冷机的研究还进行得很少。本文的研究目的就是通过理论和实验两方面深入的分析和比较各类混合工质节流制冷机循环在-40℃~-120℃温区的热力学性能,探求其中的内在规律,找到该温区内具有较高热力学效率和高可靠性的制冷机型式以及相应的最优混合工质成分。首先本文建立了混合工质制冷机循环的优化模型,通过对优化模型中的目标函数、约束条件和设计变量三方面的讨论,得到了对混合工质制冷循环进行优化所遵循的三条较为合理和切实可行的优化原则。通过对各种混合工质节流制冷机循环的特性分析,揭示了不同循环型式之间的内在热力学关系。研究结果表明,正确地选择混合工质,在相同的压  (本文共109页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

小型混合工质J-T节流制冷机理论和实验研究

J-T节流制冷机以其结构简单、可靠性高、适应性强的特点,在能源、军工、空间、生物、医疗和生命科学等领域得到了日益广泛的重视和应用。采用混合工质的J-T节流制冷机在热效率上比纯质有大幅度的提高,本文从理论和实验两个方面分别对开式的J-T快速节流制冷机系统和用空调压缩机驱动的混合工质闭式J-T节流制冷循环进行了研究。多元混合工质J-T节流制冷机涉及许多分支学科,其内部工作机理十分复杂,本文着重对以下几个方面的问题进行深入研究,取得了一些理论进展和实验结果,其要点如下:1.综述了混合工质J-T节流制冷循环的发展史及国内外研究现状,采用立方型状态方程对含氮混合工质的汽液相平衡和热力性质进行了计算,并在此基础上建立了J-T节流制冷系统各部件的物理模型,进行了系统的设计计算;2.阐述了混合工质热交换器的设计方法,对翅片管绕管式换热器(Hampson型)进行初步设计;3.阐述了混合工质J-T节流制冷机的工作原理,研究单纯工质和混合物工质的节流...  (本文共92页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(理化技术研究所)
中国科学院研究生院(理化技术研究所)

无油压缩机驱动混合工质节流制冷机变浓度特性实验研究

近几十年来,采用多元混合物为制冷工质的节流制冷机在深冷制冷领域得到了极大的发展的和广泛的应用。但是,多元混合物工质制冷的应用也带来了新的问题,那就是多元混合工质制冷机中循环浓度变化的现象。制冷循环中混合物浓度的变化是造成多元混合物工质节流制冷机实际表现性能与设计热力性能差异的主要因素之一,也是混合物工质节流制冷机研究当中的重点及难点。造成循环浓度变化的原因有很多,而两相区液相积存是导致混合物工质循环浓度发生变化的关键原因之一,本文就重点研究了因两相流动速度差异造成的液相积存引起的浓度变化。首先本文建立了因相积存造成浓度变化的计算模型,选取了Palmer对Beggs-Brill-Moody关联式的修正式,对深冷多元混合物因汽液相流速差异造成的循环浓度偏析程度进行了数值计算,并考察了管道倾角、混合物温度等参数对浓度变化的影响,得出了由混合物两相流道中相积存造成混合物浓度变化情况,并且与实验结果对比定性符合较好。本文搭建了一套由无油压...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>

《制冷学报》2000年01期
制冷学报

用于复叠温区的多元混合工质节流制冷机优化分析及实验研究

一、引言自 1 834年英国人Perkins ,J .发明了世界上第一台人工制冷机以来 ,制冷技术的发展迄今已经有一百多年的历史了。利用实际气体的节流特性进行制冷的节流制冷技术是最早使用的制冷技术之一。由于采用气体节流制冷方式 ,系统简单可靠 ,所以无论是在普冷领域还是在低温领域至今都被广泛采用。然而 ,随着制冷温度的降低 ,采用单纯工质的节流制冷机其效率也随之降低。一般说来 ,在制冷温度低于 - 4 0℃时采用单纯工质的一次节流制冷循环其效率已经不如其它制冷循环高。在普冷领域当需要的制冷温度降到 - 70~ - 1 2 0℃时 ,人们通常采用将两个或多个单级制冷系统组合起来 ,构成复叠式制冷循环来满足更低温度的要求。可以明显看出 ,采用复叠式制冷循环时 ,制冷系统的复杂性及系统运行的维护要求都比单级制冷系统增大。在低温领域 ,采用单纯工质节流制冷系统只用于当系统的简单可靠性是主要考虑的场合中 ,如军事上利用高压纯氮节流来快速冷...  (本文共7页) 阅读全文>>

《低温工程》2001年02期
低温工程

120K~150K温区混合工质内复叠节流制冷机的实验研究

1 引 言在气体液化和低温制冷技术中 ,利用实际气体绝热节流效应 (Joule Thomson效应 )是一种最常用的制冷方法。早在 1 895年 ,节流制冷循环就应用于工业上的气体液化。然而随着制冷温度的降低 ,采用单纯工质的节流制冷机的效率也随之降低 ,所以在普冷领域 ,当需要的温度降到 2 30K以下时 ,人们通常采用复叠式制冷系统来满足要求 ,但是采用复叠式制冷循环 ,其制冷系统的复杂性和系统运行的维护都比单级制冷系统要大。本世纪 70年代以来 ,混合工质开始被应用于节流制冷机中 ,使运行压力大大降低 ;另外采用合理选配的混合物工质可以有效地改变循环中高低压气流的水当量匹配 ,减少回热损失 ,提高系统效率。因此混合工质节流制冷技术正在获得越来越广泛的应用[1] 。混合物工质节流制冷技术之所以成为一个热点课题是由其发展的前景和突出的优点决定的 :首先低温端没有运动部件使其振动很小 ,结构简单紧凑 ;其次 ,由于混合物热物性的...  (本文共5页) 阅读全文>>

《低温与特气》2002年06期
低温与特气

多元混合工质节流制冷机逆流换热器综合传热系数的实验研究

1 前 言多元混合工质节流制冷机在过去几年有了很大的进展,采用单级油润滑商用制冷压缩机驱动的多元混合工质节流制冷机与其他形式的制冷机相比具有明显的优点:低温下无运动部件、可靠性高、具有良好的热力性能、低制造成本等,已经成为80~200K温区的主力制冷机[1,2]。该种制冷机制冷温区范围连接低温与普冷领域,具有很广泛的应用背景,对半导体工业、天然气工业、生物医学工程的发展具有非常重要的意义。逆流热交换器是混合工质节流制冷机中最为关键的部件之一,其性能将直接影响制冷机的整机性能。众所周知,从热力学角度讲,较小的传热温差将减小系统不可逆损失,但是从传热学角度讲,在完成一定的传热负荷时,小的传热温差将导致较大的换热面积,换热面积的增大将导致两个问题,一是系统尺寸增加,二是大的传热面积将可能导致工质流动压力损失增加,这也将导致系统性能下降。因此,在以完成所承担的传热负荷为目标下,存在一个换热器的优化问题,这个问题的解决将在很大程度上依赖于...  (本文共6页) 阅读全文>>