百瓦量级超流氦制冷系统负压换热器的设计与优化分析

摘要

本文针对百瓦量级2K超流氦低温系统的关键部件负压换热器，围绕负压换热器的选型、设计方法、结构优化设计和变热力参数影响展开了理论研究工作。
　　对超流氦系统中的两种不同温区的负压换热器——负压低温换热器（2K～4.5K）和大负压换热器（3K～300K）所选择的汉普逊型换热器，采用光管绕管式和翅片绕管式两种方案，分别研究并给出了两种型式换热器的热力及结构设计方法，并分析了影响换热器结构与传热流动的主要因素。以传热高效、结构紧凑为目的，制定了以单位传热量下所需要的绕管换热器的体积为目标函数，以函数变量相互制约的条件和工程设计要求作为约束条件，对影响超流氦负压换热器的几何参数进行了优化设计，并验证了优化设计方法的可靠性，得到了优化结果。比较了两种传热管方案的换热器优化设计结果的优缺点。对负压低温换热器和大负压换热器分别给出了光管式和翅片管式两种方案下的优化设计结构参数。
　　在已得出的负压换热器优化结构的基础上，本文还针对超流氦低温系统的负载波动对负压换热器的影响进行了分析，考察了所设计的负压换热器结果对系统变热力参数的适应性。
　　上述绕管式负压换热器的优化和设计方法可通用于超流氦系统中同类结构换热器。

目录

百瓦量级超流氦制冷系统负压换热器的设计与优化分析

Design and Optimization of Sub-atmospheric

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外超流氦系统

1.2.2 国内外超流氦系统热力循环现状

1.2.3 百瓦量级超流氦系统的研究和应用现状

1.2.4 超流氦系统主要设备的研究、应用现状和发展趋势

1.2.5 国内外超流氦传热和流动的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 超流氦系统负压低温换热器设计与优化

2.1 超流氦系统负压低温换热器的传热流动性能研究

2.1.1 超流氦的传热特性

2.1.2 负压低温换热器的流动传热特性

2.2 超流氦系统负压低温换热器的设计

2.2.1 汉普逊型（光管式）绕管换热器的设计

2.2.2 汉普逊型（翅片式）绕管换热器的设计

2.3 负压低温换热器的优化

2.3.1 最优化数学模型的建立

2.3.2 优化方法及程序设计

2.3.3 优化结果

2.4 本章小结

第3章 大型负压换热器的设计与优化

3.1 大型负压换热器的工作过程

3.2 优化设计方案的选择

3.2.1 光管式方案

3.2.2 翅片管式方案

3.3 结论

3.4 本章小结

第4章 负压换热器的热力分析

4.1 换热器冷流出口温度的计算

4.2 变热力参数对超流氦负压换热器的影响

4.2.1 变热力参数对光管式换热器的影响

4.2.2 变热力参数对翅片绕管式换热器的影响

4.3 变热力参数对大负压换热器影响

4.3.1 质量流量的影响

4.3.2 热流出口温度对换热器的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢