单级高频脉冲管制冷机研究

采用单级高频脉冲管制冷机获得低于30 K的制冷温度是脉冲管应用的一个新方向.本文介绍了一套获得了26 K最低制冷温度的单级高频脉冲管制冷机,这是无多路旁通的单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度.实验表明,即使对于惯性管作为主要调相结构的高频情况,双向进气方案在进一步调相和降低温度方面仍有很大作用.该工作为单级高频脉冲管制冷机在30～40 K温区的应用奠定了基础.该实验结果和模拟分析结果基本相符.通过和二级制冷机的比较说明了单级制冷机的优势,即较大的制冷量斜率.     

液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机实验研究

优化设计并研制了一小冷量液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机,系统轴向长度仅为1.2 m.针对之前系统热效率较低问题,在数值计算的指导下,对高频驻波热声发动机的板叠流道尺寸和热腔进行了优化,并对声压放大器进行了调整.采用4.0 MPa氦气为工质,在发动机端加入750 W加热量获得了68.3 K的最低制冷温度,这是目前国际上报道的高频热驱动脉冲管制冷机的最低制冷温度.加入500 W加热量时,制冷机获得了76.9 K的无负荷最低制冷温度,在80 K时有0.2 W的制冷量.     

40～80 K温区高频脉冲管制冷机的实验研究

随着高频脉冲管制冷机性能的不断改善,特别是在红外和超导应用方面已进入实用化阶段,需要对蓄冷器和压缩机作进一步研究,探索高频脉冲管制冷机的工作机理,优化制冷机的整机设计.本文介绍了一台斯特林型高频单级脉冲管制冷机,经过优化设计,最低制冷温度达到了33 K,在40 K有420 mW的制冷量,当输入电功率为200 W时,在80K有4.5 W的制冷量.文中针对压缩机效率在40～80 K温区随工作频率变化的曲线关系,指出了制冷机和压缩机的耦合问题是研究脉冲管制冷机的重点与难点.并分析了制冷机内部各种阻力损失和热损失随压缩机运行频率变化的原因.     

16．1K的高频两级脉冲管制冷机的实验研究

单级高频脉冲管制冷机直接降低到20 K以下温区存在很大困难,采用多级方案是高频脉冲管制冷机获得更低温度的主要方法.本文介绍了一套高频气耦合型两级脉冲管制冷机的性能特性,该脉冲管制冷机可以达到16.1 K的最低温度,是目前有报道高频气耦合型两级脉冲管制冷机的最低温度.文中给出了双向进气、频率和输入功率对最低温度的影响.     

热耦合型二级高频脉冲管制冷机实验研究

降低制冷温度至4 K温区是高频脉冲管制冷机的最新发展要求。本文介绍了一套热耦合型二级高频脉冲管制冷机的性能特性,它可以达到低于15 K以下的最低温度,是目前报道的高频二级脉冲管制冷机能获得的最低温度．通过对制冷机一级预冷、二级输入功率、二级冷量、室温条件等影响的分析,从实验角度揭示了该二级制冷系统的复杂影响,为进一步的深入分析和改进提供了基础。     

铅蓄冷材料的二级脉冲管制冷机研究

采用多级方案是高频脉冲管制冷机获得低于20 K以下制冷温度的主要方法,以不锈钢金属丝网为蓄冷材料的二级高频脉冲管制冷机,实验已经达到了20 K以下温度.理论上讲,由于热容大,以铅为主的蓄冷材料比不锈钢更适合40～10 K温区工作,这在低频回热制冷机中得到了证明.本文介绍了我们采用不同铅球和铅网为低温蓄冷材料的研究结果.实验表明,小铅球对于高频脉冲管制冷机是不很合适的,导致制冷温度的明显升高.镀铅的不锈钢丝网和已有不锈钢丝网的性能相似,可进一步深入研究.该研究对于20 K以至更低温度的高频回热制冷机研究有一定的借鉴意义.     

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。     

液氦温区高频脉冲管制冷机研究

研制的一台高频脉冲管制冷机最低温度3.47 K,为目前高频制冷机的最低记录。首先基于相位调节的角度对多路旁通的工作机制进行分析,进一步设计了由单级同轴型多路旁通结构演变而成的气耦合多级结构。设计的制冷机三级温度分布为:77 K,20 K和4 K。研制的样机在输入电功250 W,液氮提供12.1 W预冷量时,能够在5.2 K获得20 mW制冷量。若使用77 K高效制冷机替代液氮,整机功耗有望在385 W以内,效率高于此温区已报道的其他高频脉冲管制冷机。     

长颈管在微型脉冲管制冷机中的应用分析

长径管作为调相器应用于微型脉冲管制冷机系统时存在阻抗不匹配现象,即调相效果好时,往往脉冲管热端阻抗大小,从而使脉冲管中的压力波幅值小,蓄冷器中损失增大,制冷性能降低;用不同管径和长度的长径管作为调相器时,最低制冷温度产生在阻抗匹配区域或热端阻抗最大的区域;对于本实验中的微型脉冲管制冷机,以长颈管作为调相器时最低制冷温度为107.3 K,低于以单纯的小孔阀作为调相器时所获得的最低制冷温度,但还达不到双向进气的水平。     

12K预冷型高频脉冲管制冷机

研制了一款预冷型高频脉冲管制冷机,采用液氮来预冷脉冲管制冷机热端,对制冷机进行了设计计算,并对运行参数开展了实验研究。制冷机为同轴形式布置,采用置于液氮温区的长颈管及气库组合作为调相机构,回热器均采用不锈钢丝网作为蓄冷材料。在180W的输入电功下获得了675m W/20K的制冷量,在110W的输入电功下获得了12.2K的最低制冷温度,进一步对预冷的液氮采用抽气减压的方式降温到63K时,获得了11.9K的无负荷最低制冷温度。     

0.2 W@20.6K单级高频脉冲管制冷机研究

本文介绍一台单级高频脉冲管制冷机的实验结果,研究了充气压力、运行频率、热端温度及冷头朝向等参数对制冷机性能的影响。该制冷机采用多路旁通方案、同轴结构,联合采用双向进气和惯性管气库进行调相。长颈管穿过压缩机内部后密封在气库里,气库、压缩机与脉冲管耦合成一体,结构紧凑。在充气压力1.7 MPa,输入电功260 W时,能够在20.6 K获得0.2 W,在24.1 K获得0.5 W的制冷量;在268 W输入电功,38 Hz运行频率条件F,无负荷最低温度18.6K是单级高频脉冲管制冷机在国际上首次获得的最低温度。     

大尺寸单级高频脉冲管制冷机研究

本文简要介绍近年来在德国吉森大学开展的大尺寸单级高频脉冲管制冷机研究的主要进展.该大尺寸脉冲管已能达到较低的制冷温度并在60～80 K获得较高的效率,在国际上处出领先水平.文中首先介绍了理论模拟结果,然后介绍实验存在的问题及其改进,特别是提出了一个改进回热器温度不均匀分配的方案,得到了很好的验证.     

高效同轴脉冲管制冷机性能的实验研究

同轴式脉冲管制冷机具有结构紧凑、与器件耦合简单的优点,在实际应用中得到了越来越广泛的采用.本文对一台经理论优化设计的高频同轴脉冲管制冷机进行了实验研究,采用自制的直线压缩机驱动,惯性管/气库作为调相机构,在输入电功150 W、冷端温度为77 K时得到了9.86 W的制冷量,相对卡诺效率达到18.4%,这是目前同轴脉冲管...     

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。     

新型热耦合高频脉冲管制冷机性能研究

本文介绍了一种热耦合型的脉冲管制冷机,由两个独立的制冷机系统构成.通过改变一级的输入功率可以维持二级热端在一个较低温度研究脉冲管制冷机在低温下的工作性能以及不同参数的影响.二级制冷机在热端温度120 K左右时,输入10 w功率能够使最低温度降到41 K,30 w时能够达到31.8 K并在60 K时有超过0.5 W的制冷量.     

2.2 W @ 80 K高效小型脉冲管制冷机性能的实验研究

同轴式脉冲管制冷机具有结构紧凑,与器件耦合简单等优点,在低温超导以及航空航天领域得到了广泛的运用。通过提高制冷机的工作频率,可减小制冷机的体积与重量。本文介绍了一套高效小型同轴脉冲管制冷机,该制冷机整机重量为1.6 kg,冷指直径14 mm,长度45 mm。采用实验室研制的小型化直线压缩机驱动(1.2 kg),惯性管气库为调相机构,在输入电功45 W,冷端温度80 K,热端温度为300 K时,冷指可获得2.2 W的制冷量,相对卡诺效率13.4%。     

热端温度对高频微型同轴脉冲管制冷机性能的影响及其在空间技术中的应用研究

本文用数值方法对热端温度对微型高频同轴脉冲管制冷机性能的影响进行了分析,并将其与实验结果进行了比较,随着热端温度的升高,制冷机的最低制冷温度单调升高,制冷量单调减少,试验结果与数值计算结果定性相符。在此基础上,探讨了高频微型同轴脉冲管制冷机和辐射制冷器相结合在空间飞行器中的应用,提出了两种应用模式,用数值方法对之进行了分析。     

二级气耦合斯特林型脉冲管制冷机研究

研制了一台二级气耦合型高频脉冲管制冷机,两级均为同轴结构,使用单个线性压缩机进行驱动。考察了二级低温双向进气对制冷性能的影响,结果表明,二级低温双向有助于获得更低的制冷温度,但并不利于更高制冷量的获得。目前,在输入电功450 W时,不使用低温双向进气时,最低温度10.3 K,在20 K的制冷量为600 mW;使用低温双向进气后,无负荷最低温度9.4 K,在20 K的制冷量为400 mW。此外,还对二级长颈管、充气压力、频率和热端温度的影响进行了考察分析。     

30 K单级高频同轴脉冲管制冷机

介绍了一套实用型单级高频同轴脉冲制冷机工作在深低温区的性能特性.输入功率为200 W时,冷头无负荷最低温度可达到29.35 K,输入功率为235 W时,冷头无负荷温度可稳定在28.55 K.这是目前国内无多路旁通的单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度,国际上位于先进行列.200 W输入条件下,35.6 K可提供0.5 W制冷量,为30～40K温区相关的小冷量应用提供了一种简单有效的方法.     

低温VM制冷机实验研究进展

VM制冷机是一种结构紧凑的热驱动斯特林型制冷机,主要靠工作热源间的温差在系统内产生制冷所需压力波动。通过对系统内部往复运动的排出器设置合适的相位角,VM制冷机可以实现从高温热源和低温热源吸热,向中间热源放热。此外,VM制冷机还具有磨损和振动小、寿命长等优点。到目前为止,气耦合脉冲管型的两级VM制冷机已经能够获得2.49K的无负荷温度,在4.2K可提供36m W制冷量。在总结单级和多级低温VM制冷机的实验进展的基础之上,进一步探讨了低温VM制冷机的应用领域,为低温VM制冷机的发展及实际应用提供了参考。