大型氦低温制冷系统广泛应用于各类大科学装置中，随着大科学装置的发展，与大科学装置相配套的大型氦低温制冷系统也迅猛发展。大型氦低温制冷系统研制过程中，动态仿真系统的研制非常重要。到达相同的稳态状态，可能经由不同的动态过程，动态仿真更能反映系统的热力学特征。动态仿真可以获得整机的降温特性，寻找系统开关机控制方案，为系统调试提供指导，节省经费和人力成本。大型氦低温制冷系统动态仿真研究方面，国外已经比较成熟，国内虽然水平日益提高，但还有许多差距和不完善之处。本文针对大型氢氦低温制冷系统动态仿真及其应用研究进行探索，主要工作内容包括以下几个方面:　　1、分别建立了大型氢氦低温制冷系统主要部件如透平膨胀机、低温换热器、低温阀门等的仿真模型。为了更加符合制冷机实际情况，修改了透平膨胀机模型的源代码，利用实验数据拟合得到的透平膨胀机的特性曲线方程修正了通用透平模型的特性曲线方程;在动态比对的过程中，发现了实验中一些独特现象，为了解释这些现象，为透平膨胀机通用模型增加了外漏冷损失系数。　　2、利用修正后的透平模型，考虑了透平外漏冷损失，搭建了250W@4.5K氦制冷机仿真模型，并进行了降温模拟。利用仿真的方法，通过分析、对比、验证，揭示了制冷机实验获得的透平串出口温度曲线形成“纺锤状”，并存在温度“反转”现象的原因:1、透平存在外漏冷损失，且第二级透平外漏冷损失大于第一级透平外漏冷损失;2、第一级透平出口旁通阀的分流作用;3、第二级透平入口兑温换热器的大热容单独作用于第二级透平，影响了第二级透平出口温度的降温曲线。结果表明，大型氦低温制冷系统各部件之间互相耦合，低温系统中的关键“小部件”会给系统造成“大影响”。仿真结果和实验结果进行了稳态比对及动态比对，结果符合良好，验证了仿真模型的正确性。还进行了250W@4.5K氦制冷机纯化模式下的仿真模拟，获得了纯化路的降温曲线，可用于指导制冷机纯化模式的运行。　　3、国内外关于氢液化器的模拟大都基于流程方面，关于动态仿真的研究鲜有报道。本文基于仿真软件EcosimPro，搭建了中型氢液化器仿真模型，进行了动态模拟，拓宽了动态仿真研究的适用性。　　4、根据建立的大型氦低温制冷系统的动态仿真模型及模拟经验，研制了10kW@20K氦制冷机的控制系统和40L/h氦液化器测控系统。其工程经验可用于指导类似氦低温制冷系统测控系统的研制。　　5、针对国内外已有的操作培训系统大都基于OPC技术且OPC技术调试周期长、经济性上要求较高的现状，采用SQL数据库技术，基于仿真软件EcosimPro和西门子PLC，为国际热核聚变实验堆组织ITER研制了一套CCB制冷机操作培训系统。针对已有的操作培训系统PLC功能都是通过PLC模拟软件实现，控制系统不够直观的缺点，采用硬件在回路HIL技术，研制半硬件的操作培训系统。