王慧荣 熊联友 刘立强

(1中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室 北京 100190) (2中国科学院大学 北京 100049) (3航天低温推进剂技术国家重点实验室 北京 100190)

氦液化循环中透平流量的优化及影响因素热力学分析

王慧荣1,2熊联友1,3刘立强1,3

(1中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室 北京 100190) (2中国科学院大学 北京 100049) (3航天低温推进剂技术国家重点实验室 北京 100190)

为了在氦液化循环中获得最大的液化率，采用MATLAB编程实现流程中的热力学计算，针对带液氮预冷的Collins循环中的透平流量(me1、me2)进行优化分析。首先根据前人已得到的结论验证了模型的正确性，在此基础上进行深入研究。结果显示，当固定流程中的高低压力、换热器有效度以及透平的等熵效率时，透平的分流量为压缩机入口总流量的74%并且两台透平均分时系统可获得最大的液化率，且这一最优流量并不随透平的等熵效率和换热器的有效度改变。

氦液化 透平流量 优化 热力学

1 引 言

氦液化系统被广泛应用于超导系统、航天低温系统等环境中，主要为其提供液氦温度级的冷量或者真空的低温环境。由于氦的液化温度低至4.2 K，液氦系统要比一般的气体液化系统更为复杂和庞大，生产单位液氦(kg)的能耗高达百万瓦量级，因此对液氦系统的优化设计和分析十分必要。现在国内外许多公司研制和生产带有2台透平膨胀机不需要液氮预冷也可以达到液氦温度的Collins氦液化器[1]。众所周知，气体进入膨胀机的温度越高，膨胀机产生的冷量也就越大，但对于节流而言，节流前温度越低，节流效应就越明显，因此对于透平而言，存在一个最佳的入口温度[1]。……