大型低温氦制冷系统广泛应用于航空航天，大科学工程、气体分离等国家重大战略需求领域，为国家的基础前言科学、战略物资储备提供核心支撑技术。在大型低温氦制冷系统研制过程中，系统仿真发挥着尤其重要的作用。第一，在设计阶段，稳态仿真可进行不同方案的优化对比，得到最优流程的状态参数;第二，动态模拟则可以获得整机的降温特性以及系统的开关机控制方案，为系统调试提供指导，减小人力、物力的浪费。国外大型低温氦制冷系统的研究机构都有自己的动态模拟研究团队，然而，国内对于系统仿真，尤其是动态仿真的研究相对较少且不完善。因此，开展大型低温氦制冷系统的动态仿真研究是一项重要且有意义的工作。本文针对实验室已有的氢氦温区的氦制冷机/液化器开展氦系统动态仿真研究，主要工作内容包括以下几个方面:　　1.根据各设备的工作特点，建立大型低温氦制冷系统设备的动态仿真模型，主要包括螺杆压缩机、透平膨胀机、板翅式换热器、阀门、储罐等。丰富模型参数，主要体现在:利用CFD技术得到氦气用板翅式换热器的无量纲传热因子j的经验关联式，提供层流区动态仿真传热系数的计算依据。此外，推导透平膨胀机的入口流量的计算公式，提供透平非额定工况动态模拟的理论基础。　　2.针对2kW@20K氦制冷系统，建立其动态仿真整机模型。首次针对压缩机启动过程进行系统仿真，检测开机过程中系统高低压的稳定过程以及控制面板上阀门的开度变化。实验结果与模拟结果取得了一致性的结论，验证了模型的准确性。此外，建立冷箱动态降温模型，模拟与实验结果的降温时间误差小于10％。　　3.形成氦液化器稳态优化的系统分析方法，建立40L/h氦液化器动态整机模型进行系统性能分析。主要成果为:①针对带液氮预冷的氦液化器的两种基本形式-两透平串联的修改的Claude循环以及两透平并联的Collins循环，以火用效率为优化目标，进行多参数优化，分析火用效率、液化量、透平分流比、耗功、经济性等指标随系统高压的变化。②建立40L/h氦液化器的整机动态模型，分析液氮预冷与非液氮预冷工况下，各个设备的温度随时间的变化，得到整个系统的冷量传递过程，同时分析不同开机序列，不同液氦储罐尺寸对系统降温时间的影响。　　4.搭建压缩机循环PID控制参数整定模型，建立流程软件与matlab的动态接口，实现两者之间的实时通讯，在matlab中编制遗传算法对动态模拟结果进行数据分析，并得出新的迭代控制参数输入到流程软件，实现对压缩机小循环高低压控制阀门的PID控制参数整定。　　5.提出一种新型的冷端构成形式，减小大科学工程中的超导磁体冷却过程中的热负载波动造成的氦液化器的系统扰动。将常规设计氦液化器的单换热器冷端构成变为不同UA值的双换热器形式。动态模拟表明，提出的冷端构成形式相比原设计流程形式能够对低压返流质量流量起到控制作用，高低负载情况下的移除率分别为82.12％，93.71％。