- 李轲;黄仁建;臧云天;汪彬;王磊;厉彦忠;
运载火箭发动机空间关机后，液氧贮箱沿轴向的过载力迅速衰减，在径向过载力扰动下，可能导致箱内液氧大幅晃动及贮箱压力衰减。由此，本文建立了三维过载力瞬变工况下低温推进剂贮箱晃动仿真模型，且在模型中考虑了气枕、液相、金属壁之间的热质传递作用。对比分析了防晃结构以及气枕气体组分对箱内流体扰动与压力衰减的影响。研究结果表明：在轴向过载力降低后，径向过载力会造成箱内液氧大范围晃动，对比无防晃结构贮箱条件，水平与十字防晃板相结合的方式能够显著降低推进剂的晃动幅度，即十字隔板贮箱和全结构贮箱压降为0.141 MPa和0.137 MPa，降低23.8%和25.9%。晃动过程贮箱压力的衰减同时受气枕平均温度降低、气枕气体冷凝效应影响。当气枕存在氦气时，气枕的冷凝效应降低，造成压力降低速率减小。气枕为纯氦气或75%氦气工况下，贮箱的压降幅值约为0.047 MPa，小于纯氧气条件。所构建三维模型可指导低温贮箱空间流体管理、重复使用运载器返回过程推进剂流体管理等工程设计。
2025年01期 v.31;No.194 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1144K] [引用频次：1 ] |[阅读次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：189 ] - 屈方杰;闫春杰;庄昌佩;罗新奎;杨宝山;何嘉华;王冲聪;
相较于斯特林制冷机，惯性管气库调相型脉管制冷机的理论效率较低，原因在于其脉管热端产生的声功在惯性管气库中转化为热量而未能有效利用。而推移活塞调相型脉管制冷机则能够回收脉管热端的膨胀功，在制冷效率提升方面占有较大的优势。由此，基于Sage一维数值模型对一款采用推移活塞调相的6 W@80 K同轴斯特林型脉管制冷机进行了仿真分析与研究。首先，建立推移活塞的运动方程及相位关系图，即推移活塞调相型脉管制冷机的位移-体积流-压力波的相位关系。其次，开展了推移活塞相位及振幅对调相性能和制冷机制冷性能的影响规律研究。发现推移活塞振幅3 mm、相位45°时，冷头COP达到7.3%的最优值。最后，在制冷性能、能量流动和相位关系方面对推移活塞调相和双段惯性管气库调相的计算结果进行了对比分析。研究结果显示：两种调相方式下，冷头COP分别为7.38%和5.71%，相位关系分别为24.79°、-32.95°和27.5°、-11.3°。通过对整机能量流动的研究，阐述了两种调相结构工作原理的差异，指出推移活塞能够回收脉管热端声功、优化相位分布。
2025年01期 v.31;No.194 39-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1385K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：90 ] - 邱一男;康慧芳;马兴龙;
随着液氢在民用领域的逐渐普及，其在机载运输过程中除了需要考虑支撑强度和绝热性能外，运载平台的振动也成为了亟须解决的关键问题。然而，在国内，对于此方面的研究较少。由此，提出了一种由一减振模块和球接触绝热模块组成的柔性支撑结构，该结构在实现支撑和绝热的同时对外部的振动进行隔离。首先，详细介绍了柔性支撑的基本原理和详细结构，给出了容积为50 L液氢储罐样件的主要结构参数和运行参数；其次，基于动力学理论对其进行了减振分析，确定弹簧劲度系数、拉压行程、匹配的阻尼系数、强度等参数的设定方案，得出弹簧和阻尼之间的影响关系；最后，建立了支撑杆的参数化结构，开展了传热性能仿真，得出杆组以及杆件各个部件的温度云图。仿真结果表明：柔性支撑杆能够有效降低外部振动的振幅，对大于5 Hz的外部振动，可使其幅值降低至6%以下。此外，得益于减振模块采用细小线径的弹簧结构，加上球接触效果，极大增加了支撑杆的热阻，使得单杆截面内的漏热量仅为22 W/m~2，相比相同长度等截面刚性拉杆的热通量降低了55.1%。
2025年01期 v.31;No.194 48-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1689K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：149 ] - 黄波;许婧煊;
低温压缩储氢技术是一种高密度的储氢方法，该方法结合了高压气态储氢和低温液态储氢的优点。然而，现有的研究主要集中在低温压缩氢存储装置的开发，对冷却过程的研究有限。为克服高压气态储氢密度低以及低温液态氢在存储过程中存在的易蒸发的难题，文中提出了一种基于正仲氢多级转化的低温压缩储氢系统，并运用HYSYS软件对该系统进行了流程模拟分析与优化。选取了9个关键参数，例如氦气的压力参数、换热器出口的氦气温度，以及氦气和液氮的质量流量等作为优化参数，以单位能耗为目标，采用遗传算法进行了全局优化，并在能耗分析、?分析以及传热分析等方面开展了研究，并对工艺进行了有效评价，得出换热器和水冷器的?损失最大。研究结果表明：该储氢系统氢的密度达到了液氢密度的90%，可有效解决液氢蒸发量大的技术难题。此外，与传统的氢液化流程相比，经过优化后系统的单位能耗和?效率分别为6.872 kW·h·kg-1和42.42%，展现出极大的优势。从传热分析结果得知，系统中换热器HEX1的温差最大，?损失和占比分别为105.98 kW和26.75%。由此可见，流程优化的关键在于提高传热效率。综上，本研究不仅创新性地提出了一种提高储氢密度和减少蒸发的方案，而且提供了一种通过建模和?分析来优化系统效率的方法。
2025年01期 v.31;No.194 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1035K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：231 ] - 朱宇豪;谢福寿;王双进;厉彦忠;
氢能作为一种绿色清洁能源，在新能源汽车领域受到了广泛关注。尤其是低温液氢存储，因具有储氢密度高等优势而成为了一种理想的车载储氢方式。车载液氢瓶是液氢燃料车的关键部件之一，其支撑结构将直接影响到整个液氢瓶的绝热性能和力学性能。采用有限元分析方法，从强度校核、模态分析和随机振动疲劳分析三个方面，对基于六点支撑方案和八点支撑方案的液氢瓶结构进行了对比分析，研究结果表明，玻璃钢柱皆采用10 mm径向厚度时，八点支撑方案能够达到强度校核标准，但六点支撑方案却不能满足强度要求；为了满足强度校核条件，六点支撑方案中需增加玻璃钢柱的径向厚度，但这也导致了更大的支撑漏热；设计参数下，六点支撑方案和八点支撑方案中的支撑漏热分别为23.65 W和22.49 W，疲劳寿命分别为1.01×10~7次和9.19×10~7次；相较于八点支撑方案，六点支撑方案中液氢瓶虽然减少了支撑端的数量，但绝热性能并没有得到有效提升，且使用寿命反而大幅降低。
2025年01期 v.31;No.194 62-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1491K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：185 ] - 朱迎秋;张子健;张启勇;成安义;
聚变堆主机关键系统综合研究设施（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology,CRAFT）超临界氦阀箱内的超临界氦循环泵为超导磁体提供大流量超临界氦，根据功能要求对超临界氦泵体的隔热区域进行了隔热设计。确定了氦循环泵的隔热结构，计算分析了热沉位置范围，对氦循环泵的漏热量进行了核算；采用仿真软件ANSYS，数值分析了氦循环泵的隔热性能和热沉位置对泵体漏热的影响，结果显示热沉位置H为0.064m时，可保证液氦质量流量，泵体漏热达到最小值8.71 W，满足此值小于10 W的指标要求。
2025年01期 v.31;No.194 74-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1087K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：85 ] - 王晓玫;陈曦;周振东;王利峰;张宇轩;祁影霞;
目前空间用红外探测器对工作温区和冷量的需求日益增长，在低温制冷机的轻量化方面提出了更高的要求。高频脉管制冷机因具备结构紧凑、轻便、低噪声以及高运行可靠性等特性，而被视为冷却红外探测器件的理想冷源。国内外对于60 K温区下100 Hz频率的脉管制冷机方面研究较少，工作频率均在50 Hz左右。为了满足空间红外焦平面阵列所需温区及冷量，本文设计并研制了一台小型直线型100 Hz高频60 K脉管制冷机，利用Regen3.3对关键部件-回热器进行了优化分析，得出回热器长度、填料丝网目数以及分层填充时的比例对回热器损失以及制冷系数的影响规律。基于Sage软件对脉管制冷机内脉冲管、调相机构等重要部件结构参数进行仿真模拟与优化设计，其中制冷机的冷指部分质量仅为1.5 kg。此外，通过搭建脉管制冷机测试系统，深入分析运行频率、水冷温度以及输入电功对脉管制冷机性能的影响。研究结果表明：当回热器内混合填充1∶1的400目和635目的不锈钢丝网时，脉管制冷机的性能达到最优。与单段惯性管调相相比，采用变径的多段惯性管可显著提高制冷机的制冷性能。实验结果显示：在输入300 W电功时，可以获得42.69 K无负荷最低温度；在60 K可以得到7.4 W的制冷量，整机相对卡诺效率为9.6%。研究结果为相同温区下小型高频脉管制冷机设计提供有益参考。
2025年01期 v.31;No.194 80-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1163K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：120 ] - 陶杰;周志坡;何韩军;朱良友;李奥;董文庆;
为满足高温超导、低温物理等领域不断发展的需求，大冷量、轻量化、极低温G-M(Gifford-McMahon)制冷机正在不断进步。总结了蓄冷材料及优化回热器结构对G-M制冷机性能的提升，归纳了液氦、液氢及液氮温区G-M制冷机的最新进展，旨在为相关研究者开发优化G-M低温制冷机提供参考。
2025年01期 v.31;No.194 88-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1305K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：281 ] - 任志文;黄桂朝;刘具龙;王倩;汤建成;王少刚;
基于超大型氦低温系统，建立负压节流级低温换热器仿真模型，对比分析了几种翅片型式在负压、大流量和超流氦温区工况下的热工特性。结果表明，在研究范围内，交错型和波纹型翅片具有良好的强化传热效果，但两种情况阻力特性均有所恶化，且波纹翅片阻力特性优于交错翅片。采用综合评价指标对几种翅片进行了评价，发现波纹翅片具有更好的综合性能。对波纹翅片的结构参数进行了优化研究，可为工程应用提供一定的参考。
2025年01期 v.31;No.194 98-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1167K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：92 ] - 张世一;宋辰辰;祁松松;董德胜;孙松刚;黄赟;刘家林;李灿伦;
热沉主要用于在空间环境试验中模拟太空冷黑环境，针对现有蜂窝型板式热沉存在的流阻大、极易产生气堵的问题，提出采用直管型不锈钢板式热沉结构，对其流体分布与温度分布进行了仿真研究，使用液氮作为工质，研究了热流、流速、单管流道宽度、管道间距等参数对温度、流体分布及流阻等的影响。
2025年01期 v.31;No.194 104-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1978K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：12 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：105 ]