1、高溫超導電纜具有在低溫下零電阻的特性，用于遠距離電力輸送中可顯著降低功率損耗，因此引起了各國研究者的廣泛關注和研究。漿氮中含有的固氮顆粒在融化時吸收相變潛熱，從而提高了其換熱性能，同時漿氮還具有溫度低且穩(wěn)定、密度大、輸運性能好等優(yōu)點，因此被認為是高溫超導電纜理想的制冷劑。目前低溫漿體的研究尚處于起步階段，對其各方面性質及相關機理的認識不深入。本文針對高溫超導電纜冷卻等應用中涉及的相關問題，從實驗和理論兩方面入手對漿氮的制備、測量、管內的

2、流動與換熱特性進行了深入的研究。主要結論如下:
　　 開展了漿氮凍結-融化制備技術的可視化研究工作，分析固氮形成的熱力學過程，獲得不同條件下氣液界面上生成的固氮層圖片。通過對固氮層形成過程的深入研究，分析漿氮制備過程中真空泵抽速以及凍結和融化段時間等對固氮層狀態(tài)、結構以及所生成固氮顆粒性質的影響。攪拌作用加速了顆粒的老化過程，使得制備過程中新鮮固氮顆粒的結構隨時間發(fā)生明顯的變化?；诳梢暬芯拷Y果對凍結-融化制備技術進行優(yōu)化，得

3、到平均直徑約1.0mm且尺寸形狀較均勻的固氮顆粒，所制備的漿氮質量較高。
　　 采用電容式密度計測量漿氮的密度，并利用整體屏蔽法進行改進以克服其寄生電容大、抗電磁干擾能力弱的缺點。理論和實驗分析表明，采用整體屏蔽法可顯著降低測量線路的寄生電容，測量結果接近探測電容器本身的電容值;密度計的抗電磁干擾能力提高了一個數(shù)量級，電容測量噪聲減小至±0.001pF之內，其穩(wěn)定性和分辨力得到顯著提高。分析測量電壓的頻率對分辨率及靈敏度的影響從

4、而得到電容式密度計的最佳測量頻率為1.0MHz。非差動式和差動式密度計的有效靈敏度分別為0.415pF和3.717pF，與理論值接近。優(yōu)化后電容式密度計的測量精度達到±0.25％。
　　 建立基于顆粒動力學的歐拉-歐拉兩相流模型。采用顆粒動力學模型模擬顆粒間的碰撞及顆粒與液相湍流的相互作用，采用各相k-ε紊流模型以充分考慮液相與固相顆粒間的作用力，以Gunn模型模擬液固兩相間傳熱過程，考慮漿氮的融化以及由相變引起的相間動量和能量

5、的傳遞。將模擬結果分別與文獻中多組常規(guī)漿體的實驗結果進行對比，從而驗證了兩相流模型的可靠性。在漿氮的模擬方面，對關鍵性模型參數(shù)（如顆粒-顆?；謴团鲎蚕禂?shù)、顆粒-壁面碰撞恢復系數(shù)和鏡面系數(shù)）進行敏感性分析，獲得適用于漿氮顆粒特性的模型參數(shù)群。漿氮的模型結果包括流動壓降、流速分布和局部換熱系數(shù)均與文獻中實驗結果相吻合。
　　 對漿氮在10.0mm的水平圓管內的流動特性進行研究。實驗測量了漿氮在管內流動的壓降及流速，在粘性摩擦與機械摩

6、擦的共同作用下漿氮的流動壓降明顯高于過冷液氮，且隨固相體積分數(shù)的增加而增大。采用歐拉-歐拉兩相流模型模擬得到了不同條件下漿氮壓降、固相體積分數(shù)分布、流速分布等詳細信息。漿氮在水平管內流動可劃分為三種流型:擬均質流、非均質流及推移床流，分析不同流型下顆粒分布、流速分布等及對漿氮流動的影響，并獲得相應的流型轉變速度，即懸浮速度及沉降速度。以Einstein公式計算漿氮表觀粘度并進而得到漿氮雷諾數(shù)，在實驗結果的基礎上得到適用于漿氮水平管流動的

7、經驗關聯(lián)式。
　　 實驗測量了漿氮在水平長直圓管內加熱流動時進出口流體溫度、壁面溫度和流體流速，在此基礎上得到漿氮管內強制對流換熱特性。由于固氮顆粒融化吸收相變潛熱，漿氮的局部換熱系數(shù)高于同條件下的過冷液氮，且隨固相體積分數(shù)的增加而增大。采用歐拉-歐拉兩相流模型對漿氮的對流換熱過程進行模擬，計算結果與實驗結果相吻合，并得到漿氮管內加熱流動時相間傳熱傳質過程的細節(jié)。分析漿氮對流換熱過程中的沿程變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)流動充分發(fā)展后由于流速較