两级复叠式低温预冷设备的理论分析及试验研究.pdfVIP

2010年第 38卷第 6期 流 体 机 械 55 文章编号：2010jO6—0O55—05 两级复叠式低温预冷设备的理论分析及试验研究 刘秀芳 。王发辉 (1．西安交通大学，陕西西安 710049；2．河南理工大学，河南焦作 454000) 摘 要 ： 为了辅助某国防项 目中换热器的性能试验并深入研究一60一一80~C制冷机的性能，设计并搭建了一个两级复 叠式低温预冷试验台，在此基础上进行了详细的理论分析和大量的试验研究。其中，理论分析部分包括系统的设计及优 化，试验部分包括两级同时运行和低温级单级运行试验。试验结果表明：两级同时运行时，系统性能稳定并且能够提供 充足的冷量 ；在无外界负荷的情况下，低温级实现了单级运行，毛细管出口处的温度符合设计要求。 关键词： 预冷；复叠；单级运行 ；优化 中图分类号： TB657．3 文献标识码 ： A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2010．06．013 TheoreticalAnalysisandExperimentalResearchon aTwo—stageCascade PrecoolingEquipmentforCryogenicApplications LIUXiu—fang一．WANG Fa—hui (1．XihnJiaotongUniversity，Xihn710049，China；；2．HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China) Abstract： A pre—coolingtestapparatuswasdesigned，whichisusedtoassisttheresearchonacryogenicheatexchangerand toinvestigatetherefrigeratoratthetemperaturerangefrom 一6O℃ to 一80％．Thetheoreticalandexperimentalworkwasconduc— ted．Theexperimentalresultsshow：whiletwostageswereoperatingtogether，thesystem performancewasstableandcoolingca— paeitywasenough；thelow —temperaturestagecould workindependentlywithoutexternalheatloadandthetemperatureafter throttlingmettherequirement． Keywords： pre—cooling；cascade；singlestageoperation；optimization 1 前言 高，而且液氮在运输、保存等环节上非常不便，尤 其是在一些偏远地区，很难得到。 目前 一60～一80 的低温环境 已被广泛地应 (2)气体绝热膨胀制冷循环中核心部件膨胀 用于石油化工、科学试验、低温电子、低温生物、红 机的结构 比较复杂，且活塞式膨胀机还存在带油 外探测及低温环境模拟等领域，因而这一温区的 的问题。 设备需求量很大 。。 (3)自复叠制冷循环具有只需要一台压缩 用来获得一60～一80℃温区的常用制冷方法 机，不需要油分离器，机构简单，成本便宜等优点， 有液氮制冷、气体绝热膨胀制冷、蒸气压缩式制 但是由于充灌的工质都是非共沸混合物，一旦泄 冷，其中蒸气压缩式制冷包括传统的两级复叠式 漏将影响其组分，所以必须全部更换，不易维护， 制冷和 自复叠制冷：