高温超导电机低温冷却系统中过冷器传热性能的研究

论文摘要

伴随着高温超导材料的问世,超导技术的应用从原来的液氦温区上升到液氮的温区。高温超导电机作为超导技术领域中一项重要的应用得到了国内外科研院所的关注,它与传统的电机相比具有效率高,能耗少,体积小以及质量轻等特点。因此,高温超导电机具有很大的应用市场,也将是21世纪各国一项重要的科技攻关。本文是依据哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所与低温超导技术研究所的合作项目轴-径向磁通高温全超导低速同步电机为研究对象。通过研究不同低温工质的物性以及低温工程材料的物性选择适合于该项目的低温工质和材料。然后给出了整个高温超导电机低温冷却系统的热负荷,确定了液氮循环各点的状态参数,并绘制了循环温-熵图。本文针对盘管式过冷器首先给出了冷头换热器和过冷器的换热系数的计算方法,根据热负荷计算了相应的换热面积。然后分析比较了各种不同过冷器的结构形式对换热效果的影响。另外对于热管过冷器,给出了冷头换热器和过冷换热器的换热系数的设计方案,并由总的热负荷计算得出换热面积及热管换热器的相关尺寸。通过Fluent仿真得到热管式过冷器的出口温度并与盘管过冷器进行了初步比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高温超导电机的概述
• 1.3 高温超导电机液氮冷却系统国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 低温工质和材料的选择
• 2.1 引言
• 2.2 液氮的物理性质
• 2.3 冷头换热器和过冷换热器材料的选择
• 2.4 低温系统中支撑结构材料的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 高温超导电机过冷液氮循环方案的确定
• 3.1 引言
• 3.2 绝热方式的确定以及漏热损失的计算
• 3.2.1 绝热方式的确定
• 3.2.2 低温冷箱的漏热
• 3.2.3 传输管线的漏热
• 3.3 高温超导电机过冷液氮循环状态参数的确定
• 3.3.1 循环液氮流量的计算
• 3.3.2 循环液氮的管内流速以及管内直径的确定
• 3.3.3 低温冷却系统阻力损失以及低温液氮泵的选取
• 3.3.4 循环液氮的各点的状态参数的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 盘管过冷器的设计及方案比较
• 4.1 引言
• 4.2 盘管过冷器
• 4.2.1 池内液氮过冷度的选择
• 4.2.2 小型低温制冷机的选取
• 4.2.3 冷头换热器的设计方法
• 4.2.4 过冷换热器的设计方法
• 4.2.5 盘管过冷器不同结构换热效果的比较
• 4.3 本章小结
• 第5章 热管过冷器的初步设计及与盘管过冷器的比较
• 5.1 引言
• 5.2 热管过冷器
• 5.2.1 液氮过冷度的选择
• 5.2.2 冷头换热器的设计方法
• 5.2.3 过冷换热器的设计方法
• 5.2.4 模拟仿真
• 5.3 热管过冷器与盘管过冷器的比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢