深低温回热式制冷机高效运行机理及最低制冷温度研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    52006190
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0601.工程热力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2020
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2021-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Regenerative cryocoolers (< 20 K) are widely used in space exploration, Hydrogen/Helium liquefaction and superconductor cooling. “Miyin Project” was proposed and approved by China in 2019, the project plans to build a large infrared telescope to search terrestrial planets. In order to minimize the noise and improve SNR (signal to noise ratio), low temperature cooling with features of high efficiency, high reliability and long life-time is essential to cool the detectors of the telescope below 10 K. According to the roadmap of JWST telescope, it can be concluded that regenerative cryocooler and J-T cryocooler with precooling are the best choice of the cooling system of “Miyin Project”.. Based on the requirements of deep space exploration of China, this proposal focus on the two contradictions in the regenerative cryocoolers at low temperatures. The first is the efficiency at high frequency condition would be higher than that at low frequency, but the experimental study shows a contrary result. The second is the no-load cooling temperature in the experiment is lower than the theoretical prediction with ideal assumptions. The proposal aims to solve two challenges that prevent the regenerative cryocoolers working at low temperatures efficiently, the mechanism of high efficient cooling of low temperature regenerators and no-load cooling temperature of regenerative cooling. Theoretical analysis combing with experimental study and simulation are used to study the following 3 main problems: (1) Production of losses and optimization of high efficiency regenerators at low temperature. (2) Fabrication and experimental testing of novel high efficiency regenerative martials at low temperature. (3) No-load cooling temperature at real working conditions. This study will future reveal the mechanism of the regenerative cooling, determine the working conditions for high efficiency cooling at low temperature, solve the contradiction of no-load cooling temperature, and also provide some kind of help for the implementation of nation’s deep space missions.
深低温区(< 20 K)回热式制冷机在空间探测、氢/氦液化、低温超导等领域具有重要应用。为寻找系外类地行星,我国启动了“觅音计划”大型空间项目,该项目工作在深低温的红外望远镜对低温系统提出了效率高、可靠性高及寿命长等要求,回热式制冷机或由其预冷的J-T节流制冷机是“觅音计划”低温制冷系统的必选方案。本项目面向国家深空探测战略需求,基于高低频回热制冷效率困境和回热式制冷最低制冷温度矛盾,针对深低温回热器高效工作机理和最低制冷温度两个关键科学问题,采用理论分析、模拟计算和实验测试相结合的方法,主要开展:(1)深低温高效回热器损失机理及优化;(2)深低温新型高效回热填料制造与性能测试;(3)回热式制冷机实际工况下最低制冷温度三个方面的研究,从而明确深低温回热式制冷高效运行所需的工作条件,破解回热式制冷实际工况下最低制冷温度优于理想工况的困局,为我国深空探测望远镜项目的顺利实施贡献绵薄之力。

结项摘要

深低温区(< 20 K)回热式制冷机在空间探测、氢/氦液化、低温超导等领域具有重要应用。为寻找系外类地行星,我国启动了“觅音计划”大型空间项目,该项目工作在深低温的红外望远镜对低温系统提出了效率高、可靠性高及寿命长等要求,回热式制冷机或由其预冷的J-T节流制冷机是“觅音计划”低温制冷系统的必选方案。本项目面向国家深空探测战略需求,基于高低频回热制冷效率困境和回热式制冷最低制冷温度矛盾,针对深低温回热器高效工作机理和最低制冷温度两个关键科学问题,采用理论分析、模拟计算和实验测试相结合的方法,首先开展了基于非热平衡的回热式制冷机最低制冷温度与深低温回热器损失机理研究,指明了单级斯特林脉管制冷机的最低制冷温度。在此基础上拓展了回热式制冷动态声-力-电耦合方法,并成功指导多款高性能制冷机的研发。最后基于低温制冷机在低温液体存储方面进行应用探索,提出了一种绝热材料真空度表征方法,并建立了高精度液氢存储热力行为预测模型。三方面的研究工作明确了深低温回热式制冷高效运行所需的工作条件,破解回热式制冷实际工况下最低制冷温度优于理想工况的困局,为我国深空探测望远镜项目的顺利实施贡献绵薄之力。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Theoretical investigation on heat leakage distribution between vapor and liquid in liquid hydrogen tanks
液氢储罐汽液漏热分布的理论研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2023.01.140
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Wang Haoren;Wang Bo;Li Ruize;Shen Xian;Wu Yingzhe;Pan Quanwen;He Yuanxin;Zhou Weiming;Gan Zhihua
  • 通讯作者:
    Gan Zhihua
真空完全丧失下LNG罐式集装箱的储存规律研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗若尹;王博;甘智华;周伟明;滕俊华;沈铣;周小翔;海航;董玉军;许俊峰;王艳清;王琦;朱晓维;何远新;李伟
  • 通讯作者:
    李伟
液氢容器真空夹层氢吸附剂研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘磊;潘权稳;王博;赵钦宇;江龙;何远新;周伟明;甘智华
  • 通讯作者:
    甘智华
Modeling and thermodynamic analysis of thermal performance in self-pressurized liquid hydrogen tanks
自压液氢储罐热性能建模与热力学分析
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2022.07.027
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Wang Haoren;Wang Bo;Pan Quanwen;Wu Yingzhe;Jiang Long;Wang Zhihua;Gan Zhihua
  • 通讯作者:
    Gan Zhihua
A two-stage thermally-coupled pulse tube cryocooler working at 35 K for space application
用于空间应用、工作温度为 35 K 的两级热耦合脉冲管制冷机
  • DOI:
    10.1016/j.actaastro.2021.11.007
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Acta Astronautica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yijun Chao;Bo Wang;Haiying Li;Ming Xia;Zhao Qinyu;Haoren Wang;Ruize Li;Chen Jun;Zhihua Gan
  • 通讯作者:
    Zhihua Gan

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其他文献

Transformation of Heavy Metals during Pyrolysis of Predried Dyeing Sludge
预干印染污泥热解过程中重金属的转化
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.9b03050
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Energy & Fuels
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    刘银河;王博;曹修
  • 通讯作者:
    曹修
Merging of a CO WD and a He-rich WD to produce a type Ia supernovae
CO WD 和富 He WD 合并产生 Ia 型超新星
  • DOI:
    10.1051/0004-6361/201629788
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Astronomy & Astrophysics
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Liu D.;王博;Wu C.;韩占文
  • 通讯作者:
    韩占文
维替泊芬诱导子宫内膜癌细胞发生内质网应激及自噬相关蛋白表达
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1672-8467.2021.01.002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    复旦学报. 医学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王博;任晓俊;薛誉;王超
  • 通讯作者:
    王超
面向集中力扩散的回转曲面加筋拓扑优化方法
  • DOI:
    10.7527/s1000-6893.2020.24616
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李增聪;陈燕;李红庆;田阔;王刚;高峰;王博
  • 通讯作者:
    王博
基于工程设计法的移相全桥变换器设计
  • DOI:
    10.14022/j.cnki.dzsjgc.2016.16.014
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电子设计工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王博;赵文春;刘胜道
  • 通讯作者:
    刘胜道

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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