大型氦制冷系统对可预见热冲击的响应分析与协同控制策略研究

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基本信息

  • 批准号：
    51106169
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    彭楠
  • 依托单位：
    中国科学院理化技术研究所
  • 学科分类：
    E0601.工程热力学
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

伴随低温超导、核能与高能物理等学科技术近年来的迅猛发展，相关学科对大型氦制冷系统提出了新的要求，现有的大型氦制冷系统的控制系统并不能很好的处理类似热冲击的较大扰动，使得大型氦制冷系统需要面对热冲击的新挑战。本项目试图采用理论仿真分析和实验验证的方法，详细描述和分析大型氦制冷系统（及其内部各元件）在面对热冲击时的热力学和流体力学状态，从大尺度和小尺度两个角度考察制冷系统的非稳态特性，揭示制冷系统不能很好处理热冲击的本质原因，并以协同控制的思想为指导对制冷系统应对热冲击的控制策略展开研究，从而建立一套有效而又切合实际的应对热冲击的控制策略。本项目的开展将为准确评估热冲击对制冷系统及其内部各元件的影响提供依据，并对大型氦制冷系统在超导、核能与高能物理领域的应用产生积极的作用。

结项摘要

课题首先针对各子部件建立了数学模型，并在此基础上完成了对大型氦制冷系统的整体建模。通过开展与ITER低温氦制冷系统的比较性研究，验证了仿真平台的正确性。随后，基于大型氦制冷系统实验台的流程，在仿真平台上完成的了系统的整体建模。本仿真平台采用了真实的控制系统，将仿真平台建立在基于WINCC人机操作系统的界面之上，为仿真研究的奠定了平台基础。. 为了改进传统的控制策略，提出了一种基于多变量PID神经网络的协同控制方法。此控制策略一方面可以通过改进共扼梯度算法对神经网络控制器参数进行在线整定，同时又可以实现多控制目标输入与多控制参数输出。通过在仿真平台上对上述协同控制策略进行的仿真研究，计算结果表明采用多变量PID神经网络的协同控制策略后，控制过冲量明显减小，控制的稳定时间也大大减小。随后，本课题又针对冷箱子系统展开了协同控制研究。计算结果表明采用了多参数模糊控制PID神经网络协同控制策略后，可以在更短的时间内完成压力稳定，控制过冲量明显减小，控制的稳定时间也大大减小。. 课题对原有的实验台进行了改造工作，增加了一个产生热脉冲的部分，并对改造后的实验台进行了降温实验测试。通过对制冷系统的降温过程的实验结果与计算结果进行比较，可以证明仿真的降温曲线与实验的降温曲线符合的较好。随后，在改造后的实验台上进行了应对热冲击的控制策略研究，在实验中的5个半小时时增加了30%的热负载（热冲击）。测试结果表明采用协同控制策略后控制过冲量明显减小，控制的稳定时间也大大减小，膨胀机能更稳定快速的达到新的工况点。. 在完成了课题任务计划后，又将仿真平台的研究成果推广应用于中国散裂中子源(CSNS)的降温及热冲击响应的分析和研究。研究结果表明通过控制加热器的加热功率，可以将氢冷箱中的压力波动控制在2.5 bar，而此时慢化器中的温度波动控制在±1 K以内，慢化器中的最大温差约为1.5 K。之后，又将仿真平台的研究成果推广应用于国际热核聚变实验堆(ITER)的低温系统应对热冲击的分析。本课题提出了制冷系统协同控制与磁体支撑系统热惯性缓冲相结合的方案，并针对上述仿真模型进行了计算。计算结果表明，低温制冷系统的热脉冲从原来的25 kW减小到7 kW，且最大热负荷不超过制冷机的额定功率43 kW，确保了低温制冷系统的稳定运行。

项目成果

期刊论文数量（2）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（0）
Investigation of a LN2 cryostat for cooling laser crystal
用于冷却激光晶体的 LN2 低温恒温器的研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Acta Optica Sinica
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Tang, Jiancheng;Peng, Nan;Xiong, Lianyou;Lu, Wenhai;Liu, Liqiang
  • 通讯作者：
    Liu, Liqiang
Study on mitigation of pulsed heat load for ITER cryogenic system
ITER低温系统脉冲热负荷缓解研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Cryogenics
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Peng, N.;Xiong, L.Y.;Jiang, Y.C.;Tang, J.C.;Liu, L.Q.
  • 通讯作者：
    Liu, L.Q.

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其他文献

鲁东诸城地区晚白垩世恐龙集群埋藏地沉积相与埋藏学初步研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2010
  • 期刊：
    地质论评
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    柳永清;旷红伟;彭楠;姬书安;王旭日;陈树清;张燕霞;许欢
  • 通讯作者：
    许欢
硫化叶菌超表达载体构建及Mre11的表达
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    华中农业大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张文茂;彭楠;佘群新;葛向阳
  • 通讯作者：
    葛向阳
山东临沭地区早白垩世晚期恐龙足迹化石特征
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    章朋;旷红伟;柳永清;吴清资;许克民;彭楠;许欢;刘海;徐加林
  • 通讯作者：
    徐加林
山东胶莱盆地白垩纪恐龙足迹与骨骼化石埋藏沉积相与古地理环境
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    柳永清;旷红伟;彭楠;许欢;刘燕学
  • 通讯作者：
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前寒武系层序地层研究中多重地层划分方法的应用——以燕辽地区中、新元古界为例
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  • 期刊：
    石油天然气学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李家华;罗顺社;彭楠;旷红伟
  • 通讯作者：
    旷红伟

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

        graph TD
          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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