空间超流氦温区节流制冷机气液分离机理与线性压缩机动态特性研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51776213
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    梁惊涛
  • 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：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

4.5K hybrid JT cryocooler is widely used in space exploration. But for far-infrared space detection, temperature of 2K (superfluid helium temperature) is required. Compared to 4.5K JT cooler precooled by high frequency pulse tube cryocooler, the linear compressors of 2K JT cooler must be able to provide lower evaporation pressure and higher pressure ratio for JT cycle. Besides, the gas-liquid separation in evaporator and heat transfer mechanism in counter-flow heat exchanger are much more complicated. In this project, the dynamic characteristics of the JT compressor will be studied on the basis of its dynamic model. Then, theoretical analysis and experimental research are carried out to reveal the mechanism of gas-liquid separation of superfluid helium. This study will enhance space cooling technology of our country and provide a good foundation for future far-infrared exploration.
预冷型节流制冷机是空间液氦温区制冷技术的研究热点，而在远红外深空探测领域，就要求制冷系统能够提供超流氦温区甚至更低的温度。而利用多级高频脉冲管预冷节流循环获取超流氦温区的研究，可为我国未来的红外和远红外深空探测奠定坚实的基础。相对于空间液氦温区节流制冷机，超流氦温区节流制冷机需要线性压缩机提供更低的蒸发压力，并且在蒸发器的气液两相分离以及在逆流换热器的流动换热机理更加复杂。本项目将基于线性压缩机的动力学模型，针对低吸气压力时的线性压缩机动态特性进行深入研究，探索提升压缩机性能的途径；通过理论分析和实验研究，揭示超流氦在节流循环蒸发器和逆流换热器中的两相分离规律和流动换热特性，建立相应的理论分析模型，为空间超流氦温区节流制冷机的研制提供理论依据，并对我国空间超流氦低温技术的发展奠定基础。

结项摘要

空间节流制冷技术是空间科学探测的关键支撑技术，同时也是空间获取超流氦温区温度的主流方案。本项目针对空间超流氦温区节流制冷机中的工质流动换热特性和有阀线性压缩机的动态特性进行了深入的理论分析和实验研究，揭示了工质气液两相分离特性及其在逆流换热器的流动换热机理，并基于线性压缩机动态特性对多级有阀线性压缩机系统进行了优化。基于此，成功研制了一台适于空间应用的超流氦温区节流制冷机，并分别利用4He和3He工质对制冷机开展了实验研究。在国际上首次采用4He工质获取超流氦温区（2.12K）的温度，也是空间节流制冷机采用4He工质闭式循环获得的最低温度。然后，利用3He作为工质，制冷机总功耗276W时，获取了1.44K的最低无负荷温度。通过本项目的研究，填补了我国在空间超流氦温区节流制冷技术研究领域的空白，并且能够为我国未来空间科学探测提供有力支撑。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（3）
空间液氦温区J-T节流制冷机节流微孔实验
  • DOI：
    10.1360/n972017-01277
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    科学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    马跃学;王娟;刘彦杰;李建国;梁惊涛
  • 通讯作者：
    梁惊涛
Superconducting single-photon detector with a system efficiency of 93% operated in a 2.4 K space-application-compatible cryocooler
超导%20单光子%20探测器%20with%20a%20系统%20效率%20of%2093%%20操作%20in%20a%202.4%20K%20空间应用兼容%20低温冷却器
  • DOI：
    10.1088/1361-6668/abff14
  • 发表时间：
    2021-05
  • 期刊：
    Supercond. Sci. Technol
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Peng Hu;Yuexue Ma;Hao Li;Ziyao Liu;Huiqin Hu;Jia Quan;You Xiao;Lixing You;Yanjie Liu;Jingtao Liang;Zhen Wang
  • 通讯作者：
    Zhen Wang
Superconducting nanowire single photon detection system for space applications
用于空间应用的超导纳米线单光子探测系统
  • DOI：
    10.1364/oe.26.002965
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Optics Express
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    You Lixing;Quan Jia;Wang Yong;Ma Yuexue;Yang Xiaoyan;Liu Yanjie;Li Hao;Li Jianguo;Wang Juan;Liang Jingtao;Wang Zhen;Xie Xiaoming
  • 通讯作者：
    Xie Xiaoming
Development of a compact 2.17 K hybrid 4He JT cryocooler for space applications
开发适用于太空应用的紧凑型 2.17 K 混合 4He JT 制冷机
  • DOI：
    10.1016/j.cryogenics.2021.103347
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    Cryogenics
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Ziyao Liu;Yuexue Ma;Jia Quan;Yanjie Liu;Juan Wang;Jianguo Li;Jingtao Liang
  • 通讯作者：
    Jingtao Liang
Development of a space 100 mW@5 K closed loop JT cooler
开发空间 100 mW@5 K 闭环 JT 冷却器
  • DOI：
    10.1016/j.cryogenics.2019.102983
  • 发表时间：
    2019-12
  • 期刊：
    Cryogenics
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Yuexue Ma;Jia Quan;Juan Wang;Yanjie Liu;Jianguo Li;Jingtao Liang
  • 通讯作者：
    Jingtao Liang

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  • 通讯作者：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    党海政;周远;梁惊涛
  • 通讯作者：
    梁惊涛

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液氮及其以下温区低温回路热管的两相流动和传热特性及其对热管工作特性影响的研究
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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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