40K温区的热驱动低温热声制冷机

热声驱动脉管制冷机主要由热声发动机和脉管制冷机组成,是一种完全无运动部件的新型低温制冷机。本文在实验室现有行波热声发动机的基础上,运用线性热声理论对两级脉管制冷机进行了设计,并用声学放大器对热声发动机和脉管制冷机进行耦合,提高脉管制冷机的驱动压比,从而获得了41 K的低温,这是目前热声驱动脉管制冷机所获得的最低制冷温度。正因为本热声驱动脉管制冷机系统的热驱动特性及其主要部件都是按照热声理论进行设计,所以我们将其称为热驱动低温热声制冷机。     

多路旁通脉冲管制冷机动态实验机理研究

1前言脉管制冷机无常规回热式制冷机中的冷腔运动部件，从根本上解决了冷腔振动、磨损等问题，具有结构简单、冷腔振动小、运转可靠、寿命长等优势，有着巨大的应用潜力［‘－‘］。目前，已引起世界各国的广泛重视，成为小型低温技术中一大研究热门。在经历了基本型、小孔型、双向进气型和双活塞型等重大革新后，最新资料表明脉管制冷机的制冷能力和效率已经接近Stirling和G－M制冷机。为了进一步提高了脉冲管制冷能力，1992年周远等提出了多路旁通脉管制冷方式。文献＊验证了中间旁通的效果，制作的单级脉冲管制冷机获得了23．SK的低温…     

U型脉管制冷机冷头连接管的实验研究

设计了一台U型脉冲管制冷机,并对直线连接管和U型连接管两种不同的冷头连接管进行了实验研究。对冷头连接管与脉管之间的各种导流结构进行比较,找到了最佳的导流方式,并在此基础之上,研究了连接管管径对制冷机制冷性能的影响。结果表明,存在一个连接管最佳直径使得U型脉管制冷机获得最高的制冷效率;U型连接管相比较直线连接管会引起弯管损失,当输入声功越大时,损失越大;本实验中,最佳的U型脉管制冷机性能相对直线型脉管制冷机情况下降了18%。     

低于13K的单级脉管制冷机性能研究

回热器是脉管制冷机的关键部件之一,其效率对脉管制冷机性能有很大影响。铅丸是常见的蓄冷材料,通常用于回热器的低温端。本文测试和分析了不同品质的国产铅丸和进口铅丸对单级G-M型脉管制冷机性能的影响。采用额定功率为6．0 kW的压缩机驱动,使用进口铅丸脉管制冷机最低制冷温度达12．9 K,这是当前单级脉管制冷机达到的最低制冷温度;40 K时的最大制冷量为57．4 W。使用国产铅丸最低制冷温度为13．6 K,40 K时的最大制冷量为55．9 W。本文对低温制冷机蓄冷材料选择具有一定的参考价值。     

渐缩型锥形脉管制冷机的二维数值研究

本文开发了二维可压缩交变流动的SIMPLEC计算程序,对渐缩型锥形脉管制冷机进行了二维数值研究,研究了锥度对脉管制冷机性能的影响。数值计算结果表明,对渐缩型锥形脉管,存在一最佳锥度,此时的制冷效果最好,当锥度大于最佳锥度时,制冷效果反而变差。另外本文还从脉管内流场的分布及二次流的角度揭示了锥形脉管能提高制冷机性能的原因及内在机理。一定锥度下的锥形脉管不但可以改变脉管内二次流的大小,还改变了脉管内二次流的分布情况,使脉管冷热端的二次流分布变得不均匀。这是一定锥度下的锥形脉管可以改善脉管制冷机制冷效果的主要原因。     

脉管制冷机直流机理研究和抑制方法探讨

双向进气脉管制冷机中存在的直流流动不仅增加了冷端换热器的负载 ,降低了脉管制冷机的性能 ,而且还是引起脉管制冷机制冷温度不稳定的一个重要原因。文中从流体网络理论出发 ,分析了直流产生的机理 ,对目前各种抑制方法进行了探讨 ,指出了进一步研究的方向。     

4K温区高频回热器级联温度研究

4K温区斯特林型脉管制冷机各级回热器的级联温度不仅决定最末级回热器的效率和性能,同时影响前几级回热器为最末级回热器提供的预冷量。本文基于一台采用两级G-M型脉管制冷机预冷的单级斯特林型脉管制冷机,开展了4 K温区斯特林型脉管制冷机回热器各级温位布置方式对4 K斯特林型脉管制冷机制冷性能以及第一级和第二级预冷量影响的理论及实验研究,为液氦温区完全斯特林型脉管制冷机的设计提供了重要的参考依据.     

两种锥形脉管制冷机的数值模拟及其实验验证

本文对所提出的新型结构的脉管制冷机进行了数值模拟分析和实验研究。研究表明：锥形脉管制冷机存在一最佳锥度;在最佳锥度下,采用锥形脉管制冷机对改善制冷机的性能,进一步降低制冷温度、提高相同制冷温度下的制冷量是有利的。     

主动式配气系统驱动的低温制冷机理论与实验研究

针对G—M型脉管制冷机传统配气方式中压缩机配气量耗功和不可逆损失较大等缺点,本文提出一种带有中间气库的主动式配气系统。理论分析表明,和传统配气方式相比,主动式配气系统可显著降低压缩机配气量耗功和配气系统熵产。基于自行研制的G—M型脉管制冷机开展实验。当中间气库开启时间比例为30％时,制冷机可获得较低的制冷温度且对制冷性...     

微型同轴脉管制冷机最低制冷温度影响因素的实验研究

本文对微型同轴脉管制冷机最低制冷温度的影响因素进行了实验研究。试验结果表明:在其他运行参数不变的情况下,随着氢浓度的逐渐减少,最低制冷温度也逐渐降低,当氢的摩尔浓度小于20％时,其最低制冷温度和纯氦相差不大。不同的氢氦配比下,该脉管制冷机的最佳运转频率为16.7 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。     

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。     

脉管制冷机结构、理论及实用化等方面的进展

文中对脉管制冷机的发展作了较为详细的回顾 ,分析了各种结构、各种理论的特点及其应用范围 ,指出不足和需要改进的地方。分析了脉管制冷机的发展前景和方向 ,分析指出实用化和微型化以及将脉管制冷机应用于普冷领域是脉管制冷机今后发展的主要方向。     

压力对热声驱动脉管制冷机性能的影响

讨论了充气压力对热声压缩机的起振温度等性能的影响 ,着重研究了工作压力对热声驱动脉管制冷机性能的影响。对自行研制的驻波型热声驱动脉管制冷机进行了改进和优化 ,在最近的实验中取得了 1 2 0 K的无负荷最低制冷温度 ,达到液化天然气温区。     

射流损失---小孔型脉冲管制冷机的一种重要损

脉冲管冷端和热端的层流化元件是脉冲管制冷机的重要部分。本文从流体力学、热力学出发,分析了小孔型脉冲管热端的流动过程和热力过程,确定了小孔型脉冲管的制冷机理。在此基础上,分析表明在脉冲管热端存在射流现象和涡流现象,导致一种气流混合的损失。本文称之为射流损失。设计了几种改进结构,实验验证了这种损失的存在同时也揭示了改进方法的有效性。     

液氮温区热声驱动脉管制冷机的研究

热声发动机驱动的脉管制冷机是一种完全无运动部件的低温制冷机,具有非常好的应用前景,本文介绍了本实验室在这方面取得的最新进展。首先我们对驻波热声发动机进行了改进设计,提高了其驱动压比,用氦气作为工质最大压比达到了1.15。在此基础上我们用其驱动同轴双向进气小孔型脉管制冷机,通过调整热声发动机的振荡频率,使之与脉管达到匹配,最终达到了84.3K的最低制冷温度,这也是目前用驻波热声发动机驱动脉管所达到的最低制冷温度。同时,在此实验过程中,一些抑制跳频的方法也得到了实验验证。     

阶梯推移活塞双级脉管制冷机的数值方法

如何提高双级脉管制冷机的效率是脉管制冷机领域一直关注的问题。已有实验证明,使用阶梯推移活塞作为调相机构可以得到高于采用双向进气时的效率,这证明阶梯推移活塞具有很高的研究价值。本文提出了用于分析双级脉管制冷机的节点分析法,该节点分析法是基于双向进气脉管制冷机数值计算的一种改进。该方法有助于从热力学角度更深刻地理解阶梯推移活塞双级脉管制冷机。本文利用该方法讨论了第一级脉管和第二级脉管的匹配问题,以及第二级回热器填充率对制冷性能的影响。     

低于氮临界点温度工作的热声驱动脉管制冷机研究

采用热声发动机驱动的脉管制冷系统,消除了系统中的机械运动部件,具有结构简单、运行可靠和环境友好等优点。文中基于Regen 3.2软件,设计并制作了一台采用热声驱动的单级脉管制冷机。该制冷机采用双向进气结构,脉管和回热器为U型布置。初步实验研究中,以氮气为工质,该脉管制冷机获得了117.5K的最低制冷温度,低于氦的临界点温度126.19K;以氦气为工质,目前获得了83.5K的最低制冷温度。     

微通道脉管非线性交变振荡微观机理的分子动力学研究

采用分子动力学方法，对He在微通道脉管内的非线性交变振荡的热力学响应进行仿真，研究气体振荡诱导管内轴向压力梯度、温度场的形成，并阐述微通道长径比对温差与相位的影响.结果表明：微通道内伴随压差驱动力在管内形成类似正弦函数压力波、速度波、质量流量波与半正弦的温度波.振荡周期随脉管管径的增大而缩短，随脉管长度的增加而增长，受直径影响很小；微通道两端的时均温差随长度的增加而增大，受直径的影响很小.预测针对不同的脉管直径存在一个最佳长径比与振荡周期，其数值随直径的增大而增大，为优化脉冲管的性能提供理论依据.     

基本型脉管制冷机的全三维数值模拟计算

建立了基本型脉管制冷机的三维物理和数学模型,在可压缩流动程序的基础上,开发了基本型脉管制冷机的三维非稳态可压缩交变流动与传热耦合计算的数值模拟计算程序。考察了截面平均参数在一个周期内随时间的变化情况,详细分析了脉管内的流场和温度场以及其他各主要参数的变化,对脉管制冷机的工作过程和制冷机理有了进一步的了解和认识,为脉管制冷机的结构改进和实用化奠定了一定的基础。