蓄冷器内部气体微团的热力过程分析

从脉冲管制冷机中的核心部件蓄冷器入手,考虑不同情况下气体微团的具体热力过程,循序渐进的分析等温和有温度梯度情况下蓄冷器内部不同相位关系的气体微团的压缩和膨胀过程,得出蓄冷器的泵热效应;并通过一定程度的近似假设,给出蓄冷器内部气体微团的理论制冷量的近似公式,得到影响脉冲管制冷机理论制冷量的关键因素。     

蓄冷器和脉冲管尺寸对制冷机性能的影响

多年来为提高微型脉冲管制冷机的效率,在调相机构方面做了大量的工作,但在脉冲管制冷机各部件的最优几何尺寸方面所做的工作较少,本文用实验方法研究了蓄冷器和脉冲管的几何尺寸对一高频微型脉冲管制冷机性能的影响,由不同尺寸的脉冲管和蓄冷器组成了25个微型脉冲管制冷机,每个制冷机在不同的充气压力下进行了试验,实验结果表明,对于扫气体积为 1.66cm3的压缩机而言,最佳的蓄冷器和脉冲管无量纲尺寸（蓄冷器的空体积、脉冲管的体积与压缩机扫气体积之比）分别在1.1～1.2附近和0.7～1.0之间。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第一部分:理论模型分析及实验修正

蓄冷器是脉冲管制冷机等回热式制冷机的关键部件 ,其性能的好坏将直接影响制冷机的性能和效率。交变流动蓄冷器内部热量和动量的传输及转换过程是传热学、流体力学和热力学耦合在一起的复杂问题。文中从声电类比出发 ,提出了交变流动蓄冷器声阻抗分析方法 ,进行了初步的理论发析 ,并通过实验作了进一步的修正。该模型是建立在波动分析基础上的 ,可定性分析相关的实验现象和结果     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第三部分:压降因子和摩擦系数

交变流动蓄冷器的压降因子和阻力系数对实际的工程计算、数值模拟及制冷机的设计有重要的意义 ,然而对低温交变流动蓄冷器的阻力特性一直缺乏系统的实验结果。文中给出了低温交变流动蓄冷器的压降因子及液氮温区交变流动蓄冷器摩擦系数的拟合公式 ,并为常温下的实验对比 ,对低温蓄冷器的设计提供了参考     

蓄冷器填料非金属化后性能变化的机理分析

从蓄冷填料的体积比热容和热穿透深度两方面入手,对脉冲管制冷机蓄冷器非金属化后的性能变化进行了系统的机理分析。理论分析显示,蓄冷填料的非金属化恶化了蓄冷器的性能,并在一定程度上制约了脉冲管制冷机的微型化和高频化。本文同时对理论分析进行了简要的实验验证。     

蓄冷器空体积对脉冲管制冷机性能的影响

基于理想气体与蓄冷器的假设,运用热力学第一、二定律对蓄冷器进行热力学分析,研究工质温度在蓄冷器单元内的变化,以及脉管制冷机运行频率对工质温度的影响,并运用Matlab软件,对蓄冷器单元内温度进行模拟。研究表明:对于理想蓄冷器,同等压力波幅下,增大频率和蓄冷器空体积,都会增大气体的温度波动幅值。     

液氢温区高频脉冲管制冷机蓄冷器研究

液氢温区制冷机蓄冷器材料的选择对制冷机的性能具有重要的影响。本文开展了液氢温区低温蓄冷材料的实验研究,系统研究了Pb球、Er_3Ni、HoCu_2、高目数不锈钢丝网等多种蓄冷材料对高频脉冲管制冷机的影响。实验测试结果表明,不锈钢丝网的实验效果仍为最佳;而Er_3 Ni的实验效果接近不锈钢丝网;Pb球作为几种蓄冷材料中比热容最高的材料,实验结果却是最差的;本文对此实验现象进行了分析和解释,以便为高频制冷机中蓄冷器材料的选择提供有益的指导和帮助。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第二部分:阻力特性

交变流动蓄冷器流动特性的研究是高频脉冲管制冷机进一步实用化的重要课题之一。文中建立了热线风速仪的低温标定实验台和低温交变流动蓄冷器流动阻力的动态测试实验台 ,并在冰盐温度下和液氮温区进行了实验研究 ,重点研究了液氮温区蓄冷器交变流动的阻力特性 ,给出了充气压力、运行频率、丝网目数、小孔开度对交变流动蓄冷器阻力特性的影响。     

60K大冷量同轴型脉冲管制冷机的设计与优化

针对红外、超导应用的迫切需求,本文对工作温度为60 K的同轴型脉冲管制冷机进行优化设计。对调相机构的不同组合进行实验研究,获得了该脉冲管制冷机的最佳调相方式;对蓄冷器内丝网的填充方式进行研究,确定了60 K制冷机中蓄冷器丝网的填充方式。制冷机在输入功率250 W,热端温度310 K时,在60 K可以获得5.71 W的冷量,相对卡诺效率达到9.52%。     

脉冲管制冷机相位差对蓄冷器微元泵热的影响

脉冲管制冷机是一种典型的调相型制冷机,工质的相位差分布情况对制冷机的运行状态具有决定性的影响.为了从热力学角度探究相位差对制冷过程的影响,基于热力学非对称理论,建立了关于蓄冷器内部工质微元的热力学分析模型.重点对比了实际情况和理想情况下,蓄冷器冷端处工质最佳相位差的区别.基于微元循环模型分析了实际情况下微元最佳相位差偏...     

耦合高压斯特林制冷效应的复合磁制冷循环的数值模拟

本文借助计算流体力学软件, 对复合磁制冷机进行整机数值模拟分析. 以复合磁制冷机为建模原形, 分别计算了主动式磁制冷循环以及复合磁制冷循环. 利用模型计算分析了利用系数, 工作频率对主动式磁制冷的制冷效果影响, 同时模拟计算了不同相位角、不同频率下的复合磁制冷机的制冷效果, 计算得到适合复合磁制冷循环的最佳匹配相位角. 模拟计算结果对后续实验台的设计搭建有很好的指导作用.     

非晶合金的磁热效应及磁蓄冷性能

非晶合金的功能物性开发是突破非晶合金应用瓶颈的关键点之一.磁相变是非晶合金的一个重要特征.利用非晶合金的磁相变所带来的独特效应,可以将其应用于制冷领域.一方面非晶合金的磁热效应可以作为磁制冷材料应用于磁制冷机,另一方面非晶合金的比热突变可以作为磁蓄冷材料应用于低温制冷机.本文就非晶合金的磁热效应和磁蓄冷性能的原理、特征及其应用前景进行了详细介绍.     

回热器的热声直流模型及其效应研究

本文由基本的守恒方程出发,获得了能描述回热器存在声直流时的非线性动力学模型及由此而导致的非线性时均热力学效应。根据所得到的模型,考察了声直流对临界声功产生率温度梯度、回热器温度分布以及脉冲管制冷性能的影响。     

一种耦合斯特林制冷效应的复合式磁制冷循环的数值模拟

介绍了一种斯特林回热式制冷效应和主动式磁制冷效应耦合的新型制冷循环。循环采用的回热填料钆既是磁制冷循环的磁热材料又是斯特林制冷的回热材料。通过斯特林回热式制冷循环和磁制冷效应的正面耦合叠加获得更优良的制冷效果。同时介绍了一种磁制冷回热器的数值计算模型,本模型是基于控制容积法计算的一维交变流动模型,并对常规回热器内填料能量控制方程进行了修正,考虑了磁性材料磁热效应的影响,添加内热源项。论文计算分析了系统相位角、压力和频率的变化对制冷性能的影响。文中给出的部分模拟结果对后续实验台的改造有一定的借鉴指导作用。     

Ecological optimization for an irreversible magnetic Ericsson refrigeration cycle

An irreversible Ericsson refrigeration cycle model is established, in which multi-irreversibilities such as finite-rate heat transfer, regenerative loss, heat leakage, and the efficiency of the regenerator are taken into account. Expressions for several important performance parameters, such as the cooling rate, coefficient of performance （COP）, power input, exergy output rate, entropy generation rate, and ecological function are derived. The influences of the heat leakage and the time of the regenerative processes on the ecological performance of the refrigerator are analyzed. The optimal regions of the ecological function, cooling rate, and COP are determined and evaluated. Furthermore, some important parameter relations of the refrigerator are revealed and discussed in detail. The results obtained here have general significance and will be helpful in gaining a deep understanding of the magnetic Ericsson refrigeration cycle.     

Active magnetic regenerator performance enhancement using passive magnetic materials

Magnetic refrigeration devices using permanent magnets are currently limited to useful field strengths of less than 2 T, and more practically less than 1.5 T. In this range, the useful magnetocaloric effect is less than 6 K and limits the cooling power of active magnetic regenerator (AMR) devices. Maximizing the useful magnetocaloric effect is critical in enabling commercially viable permanent magnet devices, and methods of increasing the net change in magnetic field would be beneficial. It has been shown [O. Peksoy, A. Rowe, J. Magn. Magn. Mater. 288 (2005) 424] that the geometry of a regenerator and the magnetic properties of the refrigerant can alter the local magnetic field, H. This is called demagnetization. A numerical model is used to study demagnetizing effects in a single-material AMR. The use of additional passive magnetic material to reduce demagnetization is examined and suggests that augmenting the effective field, H, is possible. Numerical results are validated with experiments in near room temperature using AMRs consisting of Gd and Gd_0.74Tb_0.26 adjacent to layers composed of 1010 carbon steel. Experimental data show an increase in the no-load temperature span for certain operating conditions and confirm the beneficial impact of using passive magnetic material to reduce demagnetization effects at low fields.     

低温真空泵用紧凑型两级G-M制冷机实验研究

文章详细描述了针对低温真空泵用的紧凑型两级G-M制冷机的实验系统和测试方法;试验测试了不同的蓄冷材料,尤其是磁性蓄冷材料来提高制冷机性能;在一种结构十分紧凑的两级G-M制冷机上,在12K获得了4W的制冷量,最低制冷温度为7.3K。文中还对该制冷机在没有吸附装置的情况下做了对比实验研究,有利于扩展G-M制冷机的用途。     

低温旋转阀脉冲管制冷机实验研究

本文讨论了一种可适用于气体液化的新型脉冲管制冷系统：在该系统中,回热器被间壁式换热器所取代。切换阀置于脉冲管冷端,和脉冲管作为一个整体,起气体膨胀机的作用。我们建立了相应的实验装置以测量整个系统的性能．利用空气作介质,系统进出口温降为６３．６Ｋ,绝热膨胀效率可达４２％。利用氦气作工质,脉冲管冷端最低温度达１６０Ｋ,每１Ｋ有０．７５Ｗ的制冷量。     

实际回热式布雷顿制冷机的性能优化

用有限时间热力学方法分析实际回热式布雷顿制冷机的性能特性,以制冷率和制冷系数为优化目标,优化了高低、温侧换热器和回热器的热导率分配以及工质和热源间的热容率匹配,并采用数值计算分析了各参数值对最优性能的影响特点.所得结果对工程制冷系统设计有一定的指导意义。