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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>>

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>>

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>>

大连海事大学
大连海事大学

基于焦耳—汤姆逊效应的CO_2制冷实验研究

随着自然资源的不断消耗,全球正面临着越来越严重的能源危机。作为一种成熟的制冷方法,焦耳-汤姆逊效应制冷目前已在天然气输送、低温电子技术、红外技术以及冷冻外科等领域中应用十分广泛,其主要作用就是通过焦耳-汤姆逊效应利用压力能来达到制冷目的,提高能源利用率。本文基于焦耳-汤姆逊效应原理设计了一种以C02作为工质的新型的节流制冷机。所研制的节流制冷机包括节流元件以及热交换实验系统。其中节流元件可根据实验需要更换,热交换器内设有循环水流道及翅片,以便对制冷量进行测量。本文搭建了一套实验系统,以CO2作为工质,通过改变节流元件的孔径以及节流元件进口压力等方法来测试所研制的节流制冷机的制冷性能。通过对比研究发现,节流元件的出口温度会随着节流孔径的减小而降低;而其出口温度的降温速率会随着节流孔径的减小而增大。此外,节流元件进口压力提高时,其出口温度的降温速率可以得到显著提高,三组节流元件在压力为6MPa时的最大降温速率可分别达到压力为2MPa...  (本文共52页) 本文目录 | 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>>

《低温工程》2000年02期
低温工程

低温冷冻治疗的新冷源——多元混合工质节流制冷机

1 引 言在医学界,传统的低温外科手术通常是采用液氮等低温介质来实现的,但是,使用液氮等低温流体来进行外科手术时,在液氮的保存、运输等环节上带来了很大不便,尤其是在医学界,一般操作者并不具备相应的低温技术知识。另外,大量使用液氮还有造成局部空间缺氧性窒自己的危险。除此之外,也有采用制冷机形式如脉冲管制冷机来作为冷冻治疗仪[1]的方法,采用脉冲管制冷机作低温治疗仪是一种很有希望的方案,但还有许多问题需要继续研究。因此,现有的低温冷冻治疗仪存在着系统复杂,操作麻烦,或者是效率不高,可靠性差等问题。为此,本文介绍一种新的方式———利用单级油润滑空调压缩机驱动的闭式循环多元混合工质节流制冷机作为低温冷冻治疗仪。利用气体或液体的JouleThomson节流制冷效应产生制冷是一种最简便的方法。因为它的制冷结构最简单,通常是一段毛细管或者小孔。节流制冷机不存在低温运动部件,振动和噪音都很小,而且利于微型化,非常适合应用于低温医疗当中。传统的节...  (本文共6页) 阅读全文>>

《制冷》1980年40期
制冷

多元混合工质制冷机的应用

1引言多元混合工质节流制冷始于本世纪三十年代,到六十年代才在天然气的液化中得到应用,在七十年代前苏联科学家Alfev教授将它发展到了液氮温区,引起了各国科学家的兴趣,并相继开展了研究。直到九十年代后,随着多元混合工质研究的深入,才研制出低成本、长寿命的小型液氮温区的多元混合工质节流的制冷机。其中以美国APD公司为代表,在实用产品上首先批量生产以商标“CRYOTIGER”的这种产品,MTBF大于10万小时,设计无维修寿命5年,主要用于移动通讯接收器中的高温超导器件的冷却。除此之外,还有美国MMR公司、俄罗斯莫斯科动力学院等单位也开展了此项研究。合肥低温电子研究所也进行了大量的实验研究,可以获得-60℃~-200℃温区内任一温度的多元混合工质节流制冷机。2工作流程及特点多元混合工质制冷机是用几种制冷剂按照一定的比例混合,作为单台蒸汽压缩节流循环工质的一种低温设备。多元工质根据制冷温度、制冷量的不同要求进行计算其最佳匹配。压缩机目前大...  (本文共3页) 阅读全文>>

权威出处: 《制冷》1980年40期