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CSTPCD 北大核心
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摘要:对一种空气制冷循环流程进行了计算分析,发现透平膨胀机的效率对系统制冷系数影响最大.结合实验数据,对相应的空气制冷机进行了有用能分析,找出了造成有用能损失的主要部件,损失最大发生在增压式透平膨胀机处,其有用能损失占总损失的44.5%,并提出了相应的优化措施....
[期刊论文] 蒋庆峰 庄明 朱志刚
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CSTPCD 北大核心
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摘要:以5kW@4.5 K制冷当量的CFETR TF线圈测试用的氦制冷机第一级主换热器为对象,采用混合遗传算法,在满足换热要求、压降限制、现有制造工艺和结构强度等前提下,对换热器的体积进行优化.结果表明,与常用的板翅式换热器商用软件Aspen MUSETM设计计算的结果相比,基于遗传算法的优化过程可以快速高效地搜索到以体积最小化为目标的全局最优解,其结构尺寸可由原先设计的4.485 m×0.900 m×0.863 m缩小到 3.032 m×0.721 m×0.594 m....
[博士论文] 蒋庆峰
核能科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:换热器作为氦制冷机的重要组成部分,承担着将氦气从常温降低到液氮、液氦甚至超流氦温区的热交换任务。为应对未来建造更大规模制冷机及将国产氦制冷机标准化、系列化的需求,要求换热器能在尽可能紧凑的空间内实现充分的换热,本文对氦制冷机中锯齿型板翅式换热器开展如下研究:
  1.通过CFD仿真技术对错列锯齿型翅片的流动传热性能进行数值模拟;引入容积品质因子,综合衡量翅片在紧凑空间内实现充分换热的能力,定量地分析结构因素对性能的影响;针对47JC1402和65JC1403型翅片,采用CFD研究在常温、液氮及液氢温区下氦气流经翅片的表面性能,探讨低温下翅片性能的差异性;为缩小关联式在公式拟合时的误差,基于有限的空气稳态试验数据,建立了克里金空间插值模型,用以预测一般规格的锯齿型翅片表面性能。
  2.针对国内氦制冷机常用的3种锯齿型和1种打孔型翅片,搭建低温氦气为工质的翅片芯体性能测试试验台,获得了低温下氦气流经翅片通道的传热及阻力特性曲线;对比以常温氦气为工质的翅片性能试验,结合仿真结果分析出不同温度工况下翅片性能的异同;分析11种翅片性能预测模型,衡量其对低温下锯齿型翅片性能的预测精度,修正并扩充换热器设计计算所用的翅片性能数据库。
  3.基于热力学第一定律,建立了可灵活考虑变物性、轴向导热、环境漏热的多股流间壁式换热器分布参数模型,探讨了在低温工况下换热器偏离原始设计值的程度,分析了各项附加因素对换热器性能影响的比重;为拓展商用软件Aspen MUSETM在氦低温装置中的应用,该模型结合具体低温工况获得了热泄漏分布和换热器详细的温度、压力场;对于EAST氦制冷机第一级主换热器,计算了其在实际低温工况下的各项附加损失,并得出辐射寄生热在换热器表面的热负荷分布、各层隔板的轴向导热率分布以及既定通道排列方式下的过剩热负荷分布,为换热器的优化校核、现场装配及绝热措施提供了理论指导。
  4.采用混合遗传算法,针对5kW@4.5K氦制冷机中第一级板翅式换热器,在满足换热要求、压降限制、制造工艺和结构强度等约束下,展开了以体积最优为目标的优化设计。结果表明,与半经验的设计方案相比,优化结果能在众多实际约束限制下大幅缩小尺寸、缩减制造成本和安装空间。
  综上所述,本文采用仿真结合试验的方法,重点研究了低温氦气流经锯齿型翅片的表面性能,为换热器设计开发奠定了理论基础;揭示了低温附加损失的影响机制,为换热器校核提供了参考指导;优化了换热器设计流程,有利于减小其尺寸并缩减制造费用及研发周期。
[期刊论文] 蒋庆峰 庄明 朱志刚
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CSTPCD 北大核心
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摘要:采用数值模拟的方法,研究锯齿形板翅式换热器在给定壁温、给定热流密度、冷热流体逆流布置和沿壁面长度方向变壁温这四种边界条件的传热特性,得到了在雷诺数为169、415、2725和4095的低压路氦气流动中,不同边界条件下翅片通道的局部努赛尔数沿无量纲高度方向上的分布.结果表明:对于相同Re数下,给定热流密度条件下的壁面温度分布趋势与实际工况下逆流布置时最为接近,其中间位置处局部Nu数沿无量纲高度方向上的变化曲线最为逼近,且计算得到的传热因子j值也最为贴近,所以,仿真时采用定热流边界条件能更好地真实模拟冷热流体逆流换热时的情况....
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