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。     

脉管制冷机性能数值模拟方法的研究进展及发展方向

本文对于脉管制冷机性能的数值模拟方法的发展过程进行了简要的回顾,指出,有限容积法是目前大多数研究者所采用的软件的基本框架。对于作者研究组在过去2年中的主要成果作了简要介绍,包括采用一维模型研究脉管的最佳长径比,最佳混合工质的摩尔配比,以及锥形脉管制冷机的最佳锥角等问题。介绍了对回热器的2维模拟以及对脉管中的自然对流3维计算的主要结果。最后对于进一步发展脉管制冷机数值模拟方法问题提出了作者的见解。     

脉管制冷机中复杂DC流的影响机理

为了进一步研究系统非对称性对DC流现象和脉管制冷机中直流分量对制冷性能的影响,采用数值模拟方法,引入了描述系统阻力元件的非对称性的几何参数—不对称率,详细研究了系统不对称性对脉管制冷机DC流、制冷性能的影响规律,并且在分析和比较不同流向和幅值大小的条件下,详细研究了DC流的流向和幅值对脉管制冷机的关键部件脉管和回热器的壁面温度分布特性的影响规律。数值验证了将壁面温度分布作为描述脉管制冷机中DC流的流动方向和大小的判定准则的正确性,且回热器和脉管的壁面温度分布的非线性越强烈,预示着系统内DC流的流向和幅值越大,对制冷性能的影响越剧烈,并间接指出系统热力不对称性是造成DC流的主要原因,为进一步发现和抑制直流现象提供了可靠的理论依据。     

小孔型脉管制冷机的二维数值研究

本文建立了小孔型脉管制冷机的物理和数学模型,开发了描述小孔型脉管制冷机内二维可压缩交变流动与传热耦合计算的模拟程序,并对制冷机内的流场和温度场特性及其他一些重要的热力参数进行了详细的分析.通过对小孔型脉管制冷机的数值分析,直观地刻画了脉管制冷机内的工作过程和复杂流动现象,如二次质量流动和速度环形效应等.另外还得到了最佳小孔阀半径,对所研究的小孔型脉管制冷机,最佳小孔阀半径约为0.3 mm,当小孔阀开度为此最佳值时,制冷机的制冷量最大.     

惯性管并联结构对脉管制冷机性能影响的数值研究

随着脉管制冷机制冷量的不断增大,对脉管热端散热也提出了更高的要求,为此,提出了一种利用并联惯性管替代次水冷器进行冷却的结构,并利用Delta EC软件对采用此种结构的脉管制冷机进行了数值模拟。针对两种不同尺寸的脉管制冷机,以相对卡诺循环效率作为参考进行计算,结果表明在大尺寸的脉管制冷机中,惯性管并联结构和一根惯性管结构可以使制冷机获得相同的制冷效果,为大功率脉管制冷机次热端散热提供了新的思路。     

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%。     

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。     

不同倾角的脉管制冷机内自然对流影响的研究

本文通过对脉管内自然对流的数值模拟，讨论了当脉管冷端处在不同方向时，脉管内的自然对流对脉管制冷机性能的影响．数值模拟结果表明，当冷端在下时获得的制冷温度最低；当热端在下并与重力方向成３０°时制冷温度最高．结论与实验测量结果定性一致．所做的理论分析对实现脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

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。     

Laval喷管结构对流动特性和制冷性能的影响

Laval喷管作为天然气超音速旋流分离器的核心部件,其几何结构对喷管制冷性能和分离器的分离效率有着决定性影响。文中利用FLUENT软件进行数值模拟,系统研究了Laval喷管渐缩段线型、渐扩段张角及旋流器位置对Laval喷管内压力分布和制冷性能的影响。结果表明:渐缩段线型对喷管制冷性能有较大影响,采用维托辛斯基曲线进行Laval喷管渐缩段的设计可以获得较好的制冷效果;渐扩段张角越大,温降趋势越明显,喷管出口所能获得的温度越低,制冷效果也越好,但随着渐扩段张角的增大,在喷管存在背压的情况下易造成激波前移,破坏喷管内的低温环境;Laval喷管(加旋流器)的旋流分离能力和制冷性能存在着明显的制约关系,需要在二者之间寻找一个平衡点,使得Laval喷管(加旋流器)可以取得较好的旋流效应和膨胀制冷效果。     

基于脉管制冷机的二维可压缩流动数值计算程序的开发与应用

本文在SIMPLEC计算程序的基础上,开发了适用于各种流动Mach的计算程序,既能用于计算不可压缩流体,又可以计算可压缩流动。利用此程序计算了一些典型算例,和有关文献结果符合较好。最后利用可压缩程序计算了小孔型脉管制冷机当小孔处于最佳开度时小孔处的气流分布。     

脉冲管制冷机调相机构的研究 第一部分 双向进气模式的研究

基于线性热声理论,通过数值计算定量分析了双向进气对脉冲管制冷机性能的影响,指出:在惯性管已经为脉冲管制冷机提供了所需的最佳阻抗时,双向进气不能提高脉冲管制冷机的性能,只有在惯性管没有为制冷机提供作需的最佳阻抗时,双向进气模式才能发挥积极的作用。     

缝隙回热器式脉管制冷机的数值分析

提出一种缝隙回热器式脉管制冷机,并进行了计算机模拟.运用有限差分数值计算方法,对其进行了较全面的热力分析,着重讨论了一些运行参数和结构参数的影响.     

变截面脉管制冷机──一种新型结构的脉管制冷机

变截面脉管制冷机──一种新型结构的脉管制冷机许名尧，何雅玲，陈钟颀（西安交通大学能源与动力工程学院西安７１００４９）关键词脉管制冷机；制冷机；低温工程１引言自从脉管制冷机发明以来，由于其结构简单，没有低温下的运动部件，工作可靠，寿命长等优点，已引起周...     

大气激光通信用直锥形光纤发射天线

 提出采用直锥形光纤作为大气激光通信的发射天线,将多模光纤输出的部分相干发散光束变换为准平行光束的方案,既能得到发散角很小的部分相干激光光束,又能保证激光器输出能量的完全传输。采用光线追迹法分析了任意光束从锥形光纤小端面输入、大端面输出的发散角。结果表明,当直锥形光纤长度大于某一特定值时,从小端面输入的入射角小于数值孔径角的所有光线理论上都可以变换为出射角度小于光纤半锥角的光线,因此直锥形光纤可以作为部分相干光源的准直透镜,代替传统的凸透镜,用于改善光束的发散角。对远场光斑进行了数值模拟和实验研究,结果显示：直锥形光纤透镜对朗伯光源的准直光束比传统凸透镜的准直光束发散角小,光斑半径小且均匀性好,证明用此方法可以得到低发散、低空间相干性的光斑。     

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。     

脉冲管制冷机直流损失机理实验研究

1前言脉冲管制冷机发明于1963年。因为无常规回热式制冷机中的冷腔运动部件，解决了冷腔振动、磨损和电磁干扰等问题，具有很大的应用潜力。近年来，脉管制冷机的研究无论从实验上和理论都获得了长足的发展，综述的文献可见[1]．在实验研究方面，主要集中在脉冲管制冷机的整机结构参数的改进，运行参数的变化如何影响制冷性能以及外部热力参数的测量方面（如制冷量和制冷温度）。对制冷机的内部动态参数的测量很少。直到1992年法国的David才研究了利用热线风速仪测量脉冲管制冷机内部动态流速的方法[2]。随后日本的Tanaka等采用冷丝，测量…     

脉冲管制冷机新进展直流现象

简述了脉冲管制冷机研究现状和存在的问题 ,介绍了低温中心建立的脉冲管制冷机动态参数实验系统。通过对一典型脉冲管制冷机的动态参数的实验数据测量 ,分析了动态压力和质量流量之间的振幅和相位关系 ,首次在实验中发现了存在于脉冲管制冷机内部的直流现象 (DC-Flow)。指出该直流分量是脉冲管制冷机的一种损失 ,揭示了多路旁通进气方式可减小直流损失 ,提高脉冲管制冷机的效率。并从理论上分析了产生直流现象的根本原因 ,给出了直流分量的具体数值和大小。