单级大功率斯特林型脉管制冷机模拟与实验研究

为了研究大功率斯特林型脉管制冷机中存在的流动的不均匀性、回热器和脉管内的温度不均匀性、制冷机与压缩机的阻抗匹配等问题,本文基于模拟软件Sage设计制造了一台单级大功率斯特林型脉管制冷机并对其进行了初步试验研究。在60 Hz工作频率,充气压力为1.9 MPa时,800 W输入功率下达到最低无负荷制冷温度56.9 K;充气压力为2.0MPa,输入功率为4 kW时制冷量为41.2 W@77 K,与理论模拟结果存在较大差距。实验发现回热器存在严重的温度不均匀性,中部最大温差高达120 K。     

高性能G-M型单级脉管制冷机直流抑制和制冷特性实验研究

本文开展了高性能G-M型单级脉管制冷机直流抑制和制冷特性实验研究.考察了直流流动对制冷机性能的影响,采用并联布置的双阀逆向型进气结构对直流进行抑制,成功地解决了脉管制冷机的直流问题;此外,深入研究了不同工作模式下,回热器填料布置方式对制冷特性的影响;估算了不同温度位下制冷循环的需气量,对不同压缩机输入功下的双向进气脉管制冷性能进行了研究,采用2kW(RW2)和4kW(CP4000)压缩机驱动时分别获得了18.4K和14.7K的最低制冷温度,在30K的相应制冷量分别为11.5W和29.5W.     

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.     

1W/80K@60℃分置式斯特林制冷机的研制

为满足红外系统的要求 ,设计和开发了一种低成本的分置式斯特林制冷机。压缩机结构为线性对动自由活塞型以降低振动 ,冷指为无气动腔的自由排出器结构。在环境温度为 6 0℃的条件下 ,实测性能指标达到 1.1W/ 80 K,整机重量为1.3kg,环境温度为 2 3℃时带 6 g紫铜热负载的降温时间小于 4分钟 ,对制冷机在 - 40℃～ +6 0℃环境温度范围内的性能进行了测试 ,并对高低温循环条件下制冷机的 MTTF寿命进行了摸底实验。文中还对该制冷机的测试结果进行了报道。     

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。     

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。     

130W/70K大冷量单级G-M制冷机的性能研究

为满足高温超导等工程应用项目的大冷量需求,对130W/70K大冷量单级G-M制冷机系统进行了结构设计、理论计算和制冷性能测试,测得其制冷性能为最低温度18.1K,制冷量131.2W/70K。由于回热器性能优劣对制冷机性能有所影响,通过回热器不同填料方式对制冷机性能进行测试,结果表明,相比于采用单一磷青铜网填料的制冷机,采用磷青铜网和铅球作为复合蓄冷材料可以提高制冷机的制冷性能。     

1W/8OK@6O℃分置式斯特林制冷机的研制

为满足红外系统的要求,设计和开发了一种低成本的分置式斯特林制冷机.压缩机结构为线性对动自由活塞型以降低振动,冷指为无气动腔的自由排出器结构.在环境温度为60C的条件下,实测性能指标达到1.1W/80K,整机重量为1.3kg,环境温度为23℃时带6g紫铜热负载的降温时间小于4分钟,对制冷机在-40C～+60℃环境温度范围内的性能进行了测试,并对高低温循环条件下制冷机的MTTF寿命进行了摸底实验.文中还对该制冷机的测试结果进行了报道.     

高效脉冲管制冷机性能及冷头方向性影响研究

本文介绍了一套高频同轴脉冲制冷机在低功率输入条件下的性能特性,研究了减弱冷头方向性影响的方法.该制冷机采用中科院理化所自制的2 cc线性压缩机驱动,输入功率30 W,冷头垂直向下放置时,冷头的无负荷最低温度为58.9 K,在80 K可提供0.7 W的制冷量.     

线性压缩机与气动斯特林冷指效率匹配研究

为了解决制冷机实验中线性压缩机与冷指不匹配的问题,本文以热声学理论为基础,对线性压缩机与冷指的匹配规律探索研究。基于压缩活塞的运动控制微分方程、电机的电压平衡方程和整机的阻抗特性,研究压缩机电机效率和PV功转化效率的影响因素和提高方法。在匹配原理的指导下,对一台双磁钢动磁式线性压缩机驱动的气动分置式斯特林制冷机进行优化分析,优化后,制冷机获得6 W/80 K制冷性能所需的电功从163.5 W降低到86.8 W,压缩机的电机效率从68.6%提高到79.6%。     

斯特林型高频脉冲管制冷机的现状与样机研制

首先介绍了国际上高频脉冲管制冷机的研究现状及未来发展趋势 ,表明高效高频脉冲管制冷机的产品和样机在国际上已日趋成熟。然后简要介绍了作者近几年在德国研制的高频脉冲管制冷机样机的性能和特点。作者获得的性能和国际上最好性能的比较表明 ,作者获得的性能结果已处于世界先进行列     

大冷量长寿命斯特林制冷机压缩机研究

论述了大冷量长寿命斯特林制冷机直线压缩机的结构和原理,对电机磁路进行了优化设计,获得了22.5N/A的电机比推力。将此压缩机与冷指直径为20mm的膨胀机进行进行了匹配试验,获得6.5W/80K的制冷量。     

An experimental study on the phase shift between piston and displacer in the Stirling cryocooler

In the design of the split-type free displacer Stirling cryocooler, the motion of the displacer is very important to the cooling capacity, which depends on the working gas pressure, the swept volume in the compression space and the expansion space, the operating frequency, the phase shift between the piston and the displacer, and other factors. This study describes design and manufacture of the Stirling cryocooler actuated by the electric force of the dual linear motor. The cool-down characteristics of the cold end with laser displacement sensor in the expander of the Stirling cryocooler were evaluated. The charging pressure was 15 kg_f/cm² and the operating frequency was 50 Hz. The input power and the lowest temperature were about 32 W and 67 K, respectively. The displacement of the piston was measured by LVDTs (linear variable differential transformers), the displacement of the displacer was measured by the laser optic method, and the phase shift between piston and displacer was investigated. As the peak-to-peak pressure of the compressor increased, the peak-to-peak displacement of the displacer increased. The peak-to-peak displacement of the displacer increased in the range of 0–64.5 Hz (the resonant frequency of the displacer), but decreased steeply when the operating frequency was higher than the resonant frequency. Finally, when the phase shift between the displacements of the piston and the displacer was 45°, the operating frequency was optimum and was decided by the resonant frequency of the expander, the mass and cross-sectional area of the displacer and the constants of friction and flow resistance.     

100Hz级脉冲管制冷机整机特性研究

脉冲管制冷机在更高频率下操作有利于系统体积的减小,同时也提高了能量的密度。本文首先介绍了直线压缩机驱动直线型脉冲管制冷机的整机计算模型,对于惯性管进行了湍流修正后的阻抗相位分析,结果表明频率越高,湍流影响越小。在100Hz下,整机取得了12．4W的制冷量,冷头温度到达31．8K,整机相对卡诺效率18．4％,已经十分接近...     

1.5W/80K斯特林制冷机试验研究

分置式斯特林制冷机由于存在气体力的作用而增加了设计的难度和质量的不一致性。文中主要是在试验的基础上,研究调试试验参数如充气压力、工作频率、弹簧刚度等对制冷机性能的影响,得出的一些结论对今后调试制冷机具有一定的指导意义。     

大冷量长寿命斯特林制冷机热环境适应性试验研究

介绍了一种大冷量长寿命斯特林制冷机的热环境适应性试验研究,包括高低温循环筛选试验、高低温性能试验及热真空试验,对试验结果进行了分析。制冷机采用板簧支撑、无接触间隙密封等先进技术,制冷量达到6.8W/80K,功耗不大于150W,工作寿命30 000小时以上。     

自由活塞斯特林制冷机间隙密封技术研究

间隙密封作为自由活塞斯特林制冷机中的一项关键技术,可以在完成密封作用的同时消除接触磨损和因此而产生的污染,同时由于间隙内气体的泄漏,引起了冷量损失,使制冷量减少。文中建立了层流工况下间隙密封的数学模型,推导了密封间隙的泄漏率。针对自由活塞斯特林制冷机的结构,对三处不同位置的间隙密封分别进行分析,提出了不同位置的间隙密封设计要求。对于直线压缩机的间隙密封,压缩机间隙密封的泄漏会带来压力波损失并同时影响压缩机固有频率;为消除压缩活塞的偏置,要求周期泄漏量为零,对于膨胀机的间隙密封,除了泄漏损失还包括了穿梭损失和摩擦损失等。最后,考虑实际加工和装配工艺的局限性,对间隙密封的偏心影响进行了分析,并对自由活塞斯特林制冷机间隙密封的安装技术和检测手段提出了简单的建议。     

一种新型冷头结构的微型同轴脉管制冷机的实验研究

许多现代电子器件的正常运行都需要一种紧凑型、高可靠性,低耗能的微型机械制冷机进行低温冷却。针对这种需求,文中提出了一种新型整体式冷头结构,该冷头结构大大增强了工作气体与冷头换热器的换热能力。详细描述了一种由7.0 cc扫气容积对置式双活塞线性压缩机驱动的具有这种新型冷头结构的微型同轴脉管制冷机的性能实验研究。     

20K-40K温区大功率单级脉管制冷机研究

脉管制冷机没有低温下的运动部件,具有运行可靠、低振动、低磁噪声以及长寿命等显著优点,可望在空间技术、超导、低温电子等领域获得广泛应用.文中介绍自行研制的一台20K-40K温区大功率单级脉管制冷机.初步实验结果表明,该制冷机的最低制冷温度为15.4K,在20K、30K和40K的制冷量分别达到6.1W,21.3W和37.3W.该制冷机为进一步的超导应用奠定了良好基础.