江荣霞 谢秀娟 邓笔财，3 杨少柒

(1航天推进剂技术国家重点实验室 北京 100190) (2中国科学院理化技术研究所 北京 100190) (3中国科学院大学 北京 100049)

江荣霞1，2,3谢秀娟1，2邓笔财1，2，3杨少柒1，2

(1航天推进剂技术国家重点实验室 北京 100190) (2中国科学院理化技术研究所 北京 100190) (3中国科学院大学 北京 100049)

1 引 言

2 液氦温区大型低温系统的优化方法

液氦温区大型低温系统流程图如图1所示。系统由一个压缩机(C1)，6个换热器(HEX1-6)，2个透平膨胀机(E1、E2)，1个节流阀(JT)和1个杜瓦瓶(Dewar)构成。高纯氦气从缓冲罐被吸入压缩机中，被压缩机压缩后经三级油过滤器过滤后进入冷箱，经过液氮预冷，透平膨胀机膨胀后经节流阀进入杜瓦瓶，杜瓦瓶蒸发的氦气再次经冷箱中的换热器，回到压缩机，完成工作循环。

图1 液氦温区大型低温制冷系统的流程图Fig.1 Process flow diagram of large-scale helium cryogenic system

mN2exNIN+mGex10+mex2+mLex1+mW1exW1+mW2exW1=

m1ex9+mex1+mN2exNOUT+mw1exw2+

mW2exw2+ExDest，coldbox

(1)

(2)

(3)

(4)

2.2 独立参数的选取[7]

氦制冷系统设计计算过程中涉及到很多参数，但是不同参数之间相互联系。通过对氦制冷系统的热力分析，得到各个参数间的关系，并且找出关键独立参数。

对于系统给定的制冷量和液化率：Q@4.5 K+mLLHe，故T9=T10=4.5 K。压缩机的吸气压力一般选为略高于大气压：P1=0.105 MPa，氮气排放压力也选为略高于大气压：PNOUT=0.105 MPa。但透平膨胀机T1和T2串联的中间压力P5-1要根据循环的计算来定。

对于整个循环，可用式(5)表示独立变量之间的关系：

f(Q，m1，m，mL，P2，ηHEX6，ηHEX5，ηT2，ηHEX4，

ηHEX3，ηT1，ηHEX2，ηHEX1，PLN，T2，T3，ηC)=0

(5)

在这17个变量中，Q和mL是制冷机的设计参数，它们表征了制冷机的容量大小，需要根据负载的热负荷来确定。根据压缩机、透平膨胀机的制造工艺水平给出效率：ηC=0.55，ηT1=ηT2=0.68。其中T2往往是环境温度，通常取300 K；……