中期考核LLJ20150716

1、中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核低温永磁波荡器过冷氮冷却系统关键技术的研究 报告人： 刘莉军 导师： 王莉 （研究员） 指导老师：王淑华（高级工程师）中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核报告内容开题报告预定的内容简介及论文进度安排已完成的内容存在的问题及解决方法下一步时间安排中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核研究内容简介一、低温波荡器过冷氮冷却系统流程方案的理论分析（1）以常压液氮为冷源的冷却流程方案的计算及分析（2）以低温制冷机为冷源的冷却流程方案的计算及

2、分析二、过冷液氮系统关键设备的选型和设计计算（1）低温换热器的设计（2）液氮循环泵的计算分析和选型三、控压技术的研究（1）过冷容器对控压容器冷却热载的计算分析（2）加热器加热量的大小对压力稳定影响的研究（3）控压容器内汽液体积比对压力稳定性影响的研究。四、过冷氮系统的实验测试 控压技术研究实验测试中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核开题进度安排2014.72015.1 完成文献调研，完成开题报告；2015.22015.3 确定CPMU过冷液氮冷却系统设计参数和技术要求；2015.32015.4CPMU过冷液氮冷却系统流程方案的理论分析完成、过冷换热器

3、优化设计完成；2015.42015.5液氮泵选型计算分析和选型完成；2015.52015.6控压方案分析完成；2015.62015.12冷却系统总装，调试，实验测试；理论分析的进一步深化；2016.12016.3 试验数据整理，与理论分析比较，对模型进行优化和改进；2016.32016.6学位论文写作及答辩准备。中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容以常压液氮为冷源过冷液氮冷却系统流程方案的计算分析图1 以常压液氮为冷源的过冷液氮冷却系统流程图中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容以常压液氮

4、为冷源过冷液氮冷却系统流程方案的计算分析1化学工业部第四设计院主编，深冷手册（下册）中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容以小型低温制冷机为为冷源过冷液氮冷却系统流程方案的计算分析图2 以小型低温制冷机为冷源CPMU过冷液氮冷却系统流程图中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容图3 导热式过冷换热器图4 热管式过冷换热器以小型低温制冷机为为冷源过冷液氮冷却系统流程方案的计算分析中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容换热器设计参数：进口温度82

5、K，出口温度79K, 体积流量为7.378L/min，换热量为600W，计算不同管径下盘管换热器换热面积校核流动阻力。盘管换热器材料选择紫铜。盘管换热器的设计计算图5 盘管换热器设计计算示意图1点 温度为82K2点温度为79K中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已知流体进出口状态参数，质量流量选定几何参数：换热管内径di ，换热器直径Dm，螺距S计算管内液氮流速,计算雷诺数判断流态，计算管内对流换热系数hin取换热管外壁过热度为4K,查表获得管外沸腾换热系数hout管壁材料选取紫铜，厚度为1mm,得到管壁导热系数l换热器的换热系数：K换热面积A: A

6、=Q/KT 计算管长计算流动阻力P结束是中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容管径（mm） 管内自然对流换热系数（W/m2 K）换热器综合传热系数换热面积（m2）管道长度（m）流动阻力（Pa）815351.124900.0732.901155201013515.919830.0922.64948801212578.216350.1112.71820771411955.513530.1342.84910391611535.611320.163.403532.704盘管换热器的设计计算表一 不同管径下盘管换热器性能参数比较中国科学院大学中国科学院

7、大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容控压技术研究图6 控压技术研究分析示意图Q1，Q2引起控压容器内液氮蒸发，使控压容器内压力升高，Q3引起控压容器内压力降低，Q2可以调节，为了使压力可控，控压容器的设计要满足Q11.5Q2,在稳定系统压力时，当系统再压力P运行时，压力降低至P75mbar是，加热器启动，控压容器内压力上升，压力升高到P+75mbar时关闭加热器。使系统压力稳定在P75mbar。调节系统压力，使系统压力升高时，提高加热器的加热功率。达到目标压力时关闭加热器，目前没有控压容器的模型，取漏热量Q=Q2+Q3Q1，进行分析。中国科学院大学中国科学院大学2

8、013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容控压技术研究：1 .漏热量对压力稳定的影响 图7 控压容器冷却设计计算模型控压容器容积为15L，运行压力为P=2.5bara5bara，压力波动为75mbar，选取控压容器内液氮体积分率分别为为0.1,0.15, 0.2, 0.3，0.4，0.45，0.5的情况，计算控压容器内压力由P0.075bara变化到P+0.075bara过程中控压容器内液氮吸收的热量。以及该热量下加热器的选型计算要求稳压过程中加热时间为5s10s加热器加热功率为0100W可调中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完

9、成内容漏热量对压力稳定的影响图8 压力波动P75mabr时不同工况下所需加热量中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容最小加热功率48.41W最大加热功率为184.14W最小加热功率51.40W最大加热功率为194.32W图9 P=2.5bar 加热功率图10 P=3bar 加热功率中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容最小加热功率:54.87W最大加热功率：200.06W最小加热功率:44.65W最大加热功率：165.06W图10 P=3.5bar 加热功率图11 P=4bar 加热功率中国

10、科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容最小加热功率:54.87W最大加热功率：200.06W最小加热功率:54.87W最大加热功率：200.06W图12 P=4.5bar 加热功率图13 P=5bar 加热功率中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容控压技术研究：2 冷凝面积计算图14 冷凝面积计算简化模型边界条件示意图计算选择控压容器内压力为2.5bar，自然对流换热过程传热系远小于凝结传热过程传热系数。推导得出了自然对流传热系数与冷凝段高度的关系。又Q1=1.5Q2，冷凝面积的确定要根据控压容

11、器导热及辐射漏热Q2确定后计算。中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容结论：（1）通过加热器加热使控压容器内压力由2bara升高到5bara过程中压力每升高0.5bar所需的加热量。 表二 压力调节过程加热量与加热功率。3 液氮压力升高调节过程计算压力变化加热量（J）加热功率（W）(60S)加热功率（W）（300s）1bar1.5bar3498.058.311.61.5bar2bar3345.855.711.12bar2.5bar3202.853.410.62.5bar3bar3108.451.810.33bar3.5bar3023.750.

12、310.13.5bar4bar2961.449.39.84bar4.5bar2903.848.39.6中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容（2）压力升高过程中液面会有微小上升。3 液氮压力升高调节过程计算中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核已完成内容控压技术研究实验设计图15 控压技术研究流程图中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核控压技术研究实验设计图16 实验装置布置图1中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核图17 实验装置布置图2中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核数量（个）厂家价格（元）供货周期Pt温度计5东方晨景100002周液位计2四川朗润90004周压力传感器1广州派晟15002周电加热器2lakeshore借用泄压阀3四川蓝天低温技术公司12002周低温电磁阀2借用手动球阀1阿波罗5002周中国科学院大学中国科学院大学2013级硕士学位论文中期审核级硕士学位论文中期审核存在问题1流程计算2泵的选型：计算不同流量下液氮流动