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某些航天产品的性能测试需要20K 液氢温区高压氦气源，由于实验条件的限制，以往通常采用液氢浸泡的方式对增压罐中的高压氦气进行冷却，此种方式降温时间长，罐中温度不均匀且安全性差。本文以理化所自主研制的2kW@20K大型氦低温制冷机为冷源，设计研制了一种集低温容器、高压储罐和低温换热器为一体的特殊增压罐，解决了在超高压、低温条件下系统安全性、高强度换热、高绝热性能等难题，实现增压罐中氦气快速、高效、安全的充注、降温和增压。通过对增压罐CFD 模拟和实验研究，系统辨识了氦气充注过程中的压力、温度和流量随时间变化规律以及换热降温(80K-20K)过程中氦气的对流换热规律。