MARC系统强非共沸混合工质气液相平衡及系统循环特性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51906151
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    秦延斌
  • 依托单位：
    上海理工大学
  • 学科分类：
    E0601.工程热力学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Tumor cryoablation targeted therapy is the frontier of the development of contemporary clinical medicine. However, many defects of the traditional liquid-nitrogen cryotherapy and argon-helium knife system based on pure-refrigerant J-T refrigeration have hindered its sustainable development. The throttling refrigeration with mixed-refrigerant has become a research hotspot of cryogenic medical refrigeration technology. Based on the existing research foundation and experimental platform of refrigerant thermophysical properties and auto-cascade refrigeration, this project establishes the prediction model of vapor liquid equilibrium (VLE) characteristics of mixed refrigerants and the thermodynamic model of refrigeration cycle. Meanwhile, the experimental platform of VLE and a five-stage micro auto-cascade refrigeration cycle (MARC) device are improved. Combining auto-cascade refrigeration technology with cryogenic medical system, the VLE behavior of the strong-zeotropic mixture of R32+R1150+R50 system that is suitable for the working temperature zone of tumor cryoablation system is investigated theoretically and experimentally. The two-phase flow characteristics and heat transfer mechanism of mixed refrigerants in auto-cascade refrigeration system are revealed. The research results of this project will provide theoretical and technical foundation for the performance study and the optimization design of cryogenic medical system.
肿瘤冷冻消融靶向治疗是当代临床医学发展的前沿，传统的液氮冷疗和采用单一工质J-T节流制冷的氩氦刀系统因存在诸多缺陷难以得到可持续发展，混合工质节流制冷已成为低温医疗制冷技术的研究热点。本项目基于现有制冷剂热物性和自复叠制冷研究基础及实验平台，建立混合工质气液相平衡特性预测模型及系统循环热力学模型，同时改进气液相平衡实验台及微型自复叠制冷循环(Micro Auto-cascade Refrigeration Cycle, MARC)装置。将自复叠制冷技术与低温医疗系统相结合，开展适用于冷冻消融工作温区的强非共沸混合工质R32+R1150+R50系气液相平衡的理论及实验研究，深入揭示混合工质在自复叠循环中的两相流动特性和换热机理。本项目研究成果将为低温医疗系统的性能研究和结构优化设计提供理论和技术基础。

结项摘要

混合工质单级蒸汽压缩制冷循环具有热力学效率高，工作压力低，结构紧凑等优点，在肿瘤冷冻消融中具有很大应用潜力。本项目采用数值模拟和实验测试相结合的方法对单级林德循环(LHR)、三级自复叠循环(ACR)以及两者耦合制冷循环(LHR-ACR)的热力学特性进行了深入的研究。理论研究表明，耦合制冷系统中第三级冷凝蒸发器的㶲损失最大，其次是ACR压缩机和ACR冷凝器，这为进一步的实验研究提供了优化方向。搭建了双混合工质制冷系统平台，研究了混合工质组分和配比、节流阀开度、冷凝温度等操作参数对系统稳态运行特性和热力学特性的影响规律，掌握了系统主要部件优化匹配原则，以及运行参数对保温箱降温速度、冷冻负荷的影响规律，获得了实现系统高效稳定运行的最佳运行策略；实验结果表明，耦合制冷系统能够稳定获取约-150 ℃的低温，同时保持较高的制冷效率和制冷量，这为肿瘤冷冻消融系统的开发提供了理论及技术基础；此外，对-40 ℃～-150 ℃范围的冷却温度梯级利用的可行性进行了评价，这一思路为实现制冷量回收提供了新的途径，从而提高能源利用效率。课题组发表的已标注基金号的国际期刊论文有9篇，申请3项专利，其中1项已授权。本课题从更深的层次上揭示了混合工质制冷循环的热力学原理和系统工作基本规律，进一步丰富了自复叠超低温制冷技术的理论体系，为相关制冷循环在肿瘤冷冻消融、低温保存等低温领域的应用打下了良好基础。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（1）
Experimental characterization of an innovative refrigeration system coupled with Linde-Hampson cycle and auto-cascade cycle for multi-stage refrigeration temperature applications
创新制冷系统与林德-汉普森循环和自动复叠循环相结合的多级制冷温度应用的实验特性
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2021.122498
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    Energy
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Yanbin Qin;Nanxi Li;Hua Zhang;Binhui Jin;Baolin Liu
  • 通讯作者：
    Baolin Liu
The effect of phase change material balls on the thermal characteristics in hot water tanks: CFD research
相变材料球对热水箱热特性的影响：CFD 研究
  • DOI：
    10.1016/j.applthermaleng.2020.115557
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Qin Yanbin;Wang Zilong;Zhang Hua;Dou Binlin;Zhang Guanhua;Wu Weidong;Wu Chunfei
  • 通讯作者：
    Wu Chunfei
Study on the performance of an energy-efficient three-stage auto-cascade refrigeration system enhanced with a pressure regulator
压力调节器增强型节能三级自复叠制冷系统性能研究
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2022.124872
  • 发表时间：
    2022-07
  • 期刊：
    Energy
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Yanbin Qin;Nanxi Li;Hua Zhang;Baolin Liu
  • 通讯作者：
    Baolin Liu
Isothermal measurement and modeling of VLE properties for 2,3,3,3-tetrafluoroprop-1-ene + trifluoromethane + tetrafluoromethane ternary system at temperatures from 253.15 K to 273.15 K
2,3,3,3-四氟丙-1-烯、三氟甲烷、四氟甲烷三元体系在 253.15 K 至 273.15 K 温度下的 VLE 特性等温测量和建模
  • DOI：
    10.1016/j.ijrefrig.2020.04.008
  • 发表时间：
    2020-05
  • 期刊：
    International Journal of Refrigeration
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Yanbin Qin;Nanxi Li;Baolin Liu;Hua Zhang
  • 通讯作者：
    Hua Zhang
Energy and exergy performance evaluation of a three-stage auto-cascade refrigeration system using low-GWP alternative refrigerants
使用低 GWP 替代制冷剂的三级自动复叠制冷系统的能源和火用性能评估
  • DOI：
    10.1016/j.ijrefrig.2021.01.028
  • 发表时间：
    2021-02
  • 期刊：
    International Journal of Refrigeration
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Yanbin Qin;Nanxi Li;Hua Zhang;Baolin Liu
  • 通讯作者：
    Baolin Liu

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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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