面向LNG的高效大冷量串联型脉管制冷机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51806191
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0601.工程热力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The high reliability, large cooling capacity refrigerator technology is the key supporting approach to liquefy the natural gas. The pulse tube cryocooler technology could be a potential method that is qualified for the Liquid Natural Gas (LNG) field due to its compact, long time operating and low vibration characteristics. However, the pulse tube cryocooler has an inherent low efficiency problem owing to the fact that it does not recover the expansion work at the cold end to generate more cooling power. This project targets to develop a high cooling capacity and high efficiency pulse tube cryocooler at LNG temperature range by adding another pulse tube cooler after the first stage with a transmission tube. Also, a thermoacoustic power amplifier connects this transmission tube with the second cryocooler which aims to amplify the acoustic power delivered to the second stage. The configuration of this transmission tube with the thermoacoustic power amplifier could reuse and promote the expansion work at the cold end of first stage therefore generating more cooling capacity on the second stage. The research will focus on the following subjects: 1) Explore the thermoacoustic loss inside the acoustic power transmission tube therefore decrease the acoustic power loss and increase the useful work supplying to the second stage pulse tube cryocooler. 2) Study on the heat transfer characteristics of the micro bare tube heat exchanger as the heater in the thermoacoustic amplifier therefore discover the high thermoacoustic transition efficiency. 3) Discover the mechanism of the thermoacoustic amplifier and increase the acoustic power transferring to the second stage. The project could provide a reference for the pulse tube cryocooler working at high temperature range and the possibility of this refrigeration technology working at different temperature range.
大冷量高效可靠的低温制冷技术是液化天然气(LNG)应用中亟需解决的关键支撑技术。脉管制冷机具有可靠、长寿、低振动等优势,在LNG领域具有较大的应用潜力。然而由于脉管制冷机冷端膨胀功未回收,导致其本征制冷效率低,这一缺陷在LNG温区更加明显。本项目旨在研发面向LNG的大冷量高效的脉管制冷技术。通过串联驱动方式实现脉管冷端膨胀功的回收,并探索管式微通道换热器强化交变流换热,以及采用余热驱动的热声放大器增加系统输入声功的可行性,以此提高串联型脉管整机制冷性能。拟开展以下研究:1)揭示级间传输管的阻抗匹配和损失机制,提高声功传输效率;2)研究微通道换热器的高效传热特性,强化换热性能;3)探索热声放大器对次级声功的放大效应,将余热转化为次级声功,提高次级声功的输入性能。本项目的研制将为脉管技术在LNG温区的制冷提供借鉴,也可探索这一技术同时在不同温区制冷的可能性。

结项摘要

大冷量高效可靠的低温制冷技术是液化天然气(LNG)应用中亟需解决的关键支撑技术。脉管制冷机具有可靠、长寿、低振动等优势,在LNG领域具有较大的应用潜力。本项目通过减小串联式脉管制冷机的各级漏热损失,并探索圆管式微通道换热器的高效换热性能。主要研究内容包括:1. 通过对多级串联型脉管制冷机的级间传输管的阻抗匹配和损失机制,提出采用多级真空罩绝热的方法替换传统的珠光沙绝热方案,进而减小15%的漏热损失,提高6%以上的制冷量。2. 基于热力学与传热学理论,论证圆管微通道换热器的换热特性,得到了实验验证。研究提出了一种通过引入微型圆管微通道换热器作为冷凝器和蒸发器来减少制冷系统充注量的潜在方法。3. 基于已有的实验装置,测试微通道换热器的基本性能,为微通道换热器应用于串联型斯特林制冷机提供理论支撑。采用简化的ε-NTU方法预测"I型"和"N型"圆管微通道换热器的性能。改装后的微通道制冷系统最低温度为-25°C,改进系统的冷却时间为140分钟。微通道圆管蒸发器可节省88%的蒸发器制冷剂空隙体积和77%的铜材料。4 进一步验证微通道圆管换热器的换热性能。研究制冷系统中安装有圆管微通道换热器和正温系数(PTC)加热器的除霜性能。实验证明,采用微通道圆管换热器和PTC加热器组件的除霜效率为65.19%,其优于传统的除霜装置效率。5. 探索水冷型微通道圆管换热器的换热性能。设计了微通道水冷板,通过Fluent仿真,将现有市面上的水冷板与本次设计的微通道水冷板进行对比研究,表明微通道水冷板具有更好的冷却效果。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
小型商用斯特林制冷机液氮温区探索
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    真空与低温
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵钦宇;孔家煊;夏佳旭;邱长昫;周文杰
  • 通讯作者:
    周文杰
冰球场载冷剂管道优化设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    低温与超导
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周文杰;方心骑;汤超;范健民;潘庆瑶;甘智华;姜周曙;丁强
  • 通讯作者:
    丁强
A potential approach for reducing R290 charge for air conditioners and heat pumps
减少空调和热泵 R290 费用的潜在方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Refrigeration
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhou W. J.;Gan Z. H.
  • 通讯作者:
    Gan Z. H.
CERNOX温度计自热效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    低温与超导
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王珞畅;刘磊;周文杰;甘智华
  • 通讯作者:
    甘智华
Performance investigation of a domestic freezer with micro-bare-tube evaporators
微型裸管蒸发器家用冷柜的性能研究
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2020.115306
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Wenjie Zhou;Xiangyu Bi;Zhihua Gan
  • 通讯作者:
    Zhihua Gan

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其他文献

古籍文献知识组织由静态检索向动态表征趋向的理论解析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    图书与情报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    文玉锋;徐姣姣;周文杰
  • 通讯作者:
    周文杰
图情档学科发展的数据化趋向解析——基于2019年度学术热点的系统性文献调查
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    情报资料工作
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    --
  • 作者:
    周文杰
  • 通讯作者:
    周文杰
辽宁省污染密集型产业绿色增长效率测度研究
  • DOI:
    10.16315/j.stm.2017.01.001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    科技与管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曲英;刘炜;周文杰
  • 通讯作者:
    周文杰
高校知识创新的信息资源基础研究——以社会认识层次论为视角
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    图书与情报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    包赟琪;周文杰;王妍
  • 通讯作者:
    王妍
肝动脉药盒灌注氟脲苷联合全身化疗治疗不可切除老年结直肠癌肝转移
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    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    肿瘤基础与临床
  • 影响因子:
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  • 作者:
    周文杰;胡文蔚;单飞;吴昌平
  • 通讯作者:
    吴昌平

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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