研究的系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖在圖1中給出。該流程采用液氮預(yù)冷，一個(gè)制冷級(jí)含有一臺(tái)透平膨脹機(jī)和節(jié)流閥，這里節(jié)流閥的安裝是必須的，首先可以在變工況的情況下調(diào)節(jié)進(jìn)入膨脹機(jī)的工質(zhì)流量以控制膨脹機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)速，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；其次是可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)膨脹機(jī)的進(jìn)口壓力，從而可以很好地適應(yīng)系統(tǒng)有無(wú)液氮預(yù)冷的工況。 

熱力學(xué)計(jì)算：

系統(tǒng)假設(shè)：

（1）換熱器熱端壓降為2 kPa，冷端壓降為1 kPa；

（2）透平等熵效率為70%，且不隨壓力和溫度等變化；

（3）系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        系統(tǒng)的制冷系數(shù)定義為：

式中：Q為制冷量，kW；W為壓縮機(jī)功耗，kW。

工質(zhì)的比定義為：

式中：h和s分別為工質(zhì)的比焓和比熵，T0是參考溫度（300 K），h0和s0分別為參考狀態(tài)下工質(zhì)的比焓和比熵（T=300 K，P0=101 kPa）。

壓縮機(jī)、冷箱以及系統(tǒng)的效率分別為：

式中：m為壓縮機(jī)入口流量，mLN為液氮耗量。

主要參數(shù)的熱力學(xué)分析：        

（1）膨脹比對(duì)系統(tǒng)效率的影響

遺傳算法優(yōu)化參數(shù)

        遺傳算法是一種借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法。遺傳算法模擬了自然選擇和遺傳中發(fā)生的復(fù)制、交叉和變異等現(xiàn)象，從任一初始種群出發(fā)，通過(guò)隨機(jī)選擇、交叉和變異操作，產(chǎn)生一群更適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體，使群體進(jìn)化到搜索空間中越來(lái)越好的區(qū)域，這樣一代一代地不斷繁衍進(jìn)化，收斂到一群適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體，求得問(wèn)題的優(yōu)解。