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。     

金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析

氩氦刀低温探针换热器的性能直接影响其探针的降温速率及其治疗温度,采用金属泡沫圆管换热器可简化低温探针的结构并提高换热效率。文中基于氩氦刀的工作原理和金属泡沫圆管换热器的换热特点,采用平行流模型分析该种换热器不同填充圆管长度和工质(氩气)流体回流时间对换热器性能的影响以及温度场分布。     

温度回路-小孔脉管制冷中的新现象

一台可工作在双向进气模式和小孔模式下的单级脉管制冷机,当双向进气方式采用并联双阀双向进气时,最低制冷温度为19.3K,50K以下的制冷量变化约为2W/K;当双向进气阀门关闭时,制冷机就工作在小孔模式下,最近的研究工作发现,当制冷机工作在小孔模式下时出现了一个新的现象-脉管冷端温度存在温度回路,该特点与脉管冷端的热负荷及小孔开度的调节方法有关,该现象的发现对于理解双向进气模式下温度不稳定问题提供了一个新的思路。     

低温液氙无损存储的实验研究与模型分析

为研究吨级低温液氙在静置存储过程中的压力与温度变化情况，选用液氩作为介质代替昂贵的液氙进行了实验测试，并使用三区模型进行模拟计算。模拟了在容积为6.7 m³的简化低温储罐模型中，将初始液相温度为87 K,压力为0.1 MPa的液氩静置9天，储罐内压力、温度的变化情况。结果显示，随着外部热量的进入，储罐压力随时间逐渐上升但并非线性增长，压力的变化率逐渐增大。为低温液氙、液氩的无损存储研究提供了参考。     

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。     

氦-氩混合工质热声发动机的频率特性

为提高热声发动机的热力性能,采用氦-氩混合工质对一台驻波型热声发动机进行了无负荷工况的试验研究.氦氩配比为0:1,0.2:0.8,0.4:0.6,0.6:0.4,0.8:0.2和1:0 6种情况,充填压力为0.7,0.9,1.1,1.3 MPa和1.5 MPa 5种情况.试验结果表明,随着混合工质中Ar含量的增加,系统谐振频率会从140 Hz降低到44 Hz.同时,加热端温度对谐振频率的影响减小,而大振幅下的二次频成分出现的规律及强度与工质配比关系不大.在氦气中加入20%的氩能够得到最好的系统性能,系统的振幅和压比较纯氦分别能够提升19%和15%.     

多联引射器CO_2制冷系统性能模拟及实验研究

为了评估工况参数对多联引射双温CO_2制冷系统性能的影响,采用集总参数法建立数学模型,模拟研究了中、低温蒸发温度及中间压力对系统性能的影响,并将不同中间压力下的模拟和实验结果进行了对比。模拟与实验结果表明,在不同中间压力工况下,引射比、系统制冷量及COP的模拟结果与实验结果趋势一致,在中间压力为3.9～4.0 MPa时,系统制冷量及COP取得最大值。模拟结果表明,随中温蒸发温度的升高,系统制冷量及COP均增加,引射比也逐渐增加,但中温蒸发温度高于-3℃时其对引射比的影响很小;随着低温蒸发温度的升高,引射比和系统制冷量变化不大,而系统COP逐渐增加。模拟和实验结果的误差在允许的范围内,验证了所建数学模型的可靠性。     

混合工质热声发动机热力特性的试验研究

在自行研制的"驻波型热声发动机试验平台"上,对采用He/Ar混合工质的驻波热声发动机系统的热力特性进行了详细的试验研究.试验结果表明:采用混合工质可以有效地提高热声发动机的热力性能,当氦氩配比为4:1时,系统压比较纯质提高50%以上;另外,采用混合工质可以明显地降低系统的起振温度与消振温度,当氦氩配比在30%～50%之间时,起振温度和消振温度平均较纯质降低50℃和40℃左右,尤其是较低的起振温度意味着可直接利用低品位热量作为驱动热源,从而扩宽了热声发动机的适用范围.     

热声制冷的实验研究

自行研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了加热温度、平均工作压力、小孔开度、工质各类等因素对脉管制冷机性能的影响。初步实验表明,以氮、氦及氦和氩混合物（氦占94％）作工质,分别获得了234.5K、179K及165K的无负荷制冷温度,此外,本文还指出了进一步改进方向,具有一定参考价值。     

推移活塞脉管制冷机中温区性能的实验研究

推移活塞脉管制冷机是在脉管热端新增一个推移活塞作为调相机构,同时可以回收脉管内气体的膨胀功。通过实验方法,分析了定制冷量下,推移活塞脉管制冷机工作在中温区时,压缩机运行频率对冷头温度、相对卡诺效率等性能参数的影响,以及电机的性能特性。结果表明,在充气压力1.92MPa,运行频率54Hz,输入功224.5W,制冷量25.0W时,冷头温度在137.3K,制冷机的相对卡诺效率达到12.7%。     

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。     

33 GPa压力以下液氩冲击温度的实验测量

 利用液氮冷靶系统制取液氩样品，以二级氢气炮作为加载工具，驱动飞片对液氩样品进行平面冲击压缩，实验测量了33 GPa冲击压力以下液氩的冲击温度。飞片速度由磁测速系统测量，冲击波速度和冲击温度用光纤耦合高温计系统测量，粒子速度采用阻抗匹配法计算得到。实验测得当冲击压力为33 GPa时，液氩的冲击温度超过10 000 K；而当冲击压力超过30 GPa时，冲击温度的上升趋势与理论计算相比明显变缓，该压力点正好与以前测得的冲击波速度-粒子速度曲线的拐点一致。     

用于高温超导器件冷却40～80K温区的脉冲管制冷机研制

随着HTS装置在诸如移动通信领域的商业化和应用于空间和军事的远红外线的装置的发展,亟需工作在40～60K结构紧凑,高可靠性的低温制冷机.线性压力波发生器驱动的脉冲管制冷机低温部分无运动部件,因此具有获得高可靠性和长寿命的潜力.我们早先的工作集中在线性驱动的小型同轴脉冲管制冷机上,在80K有几百毫瓦的制冷量,在此基础上,我们正在研究新型脉冲管制冷机装置,它能工作在更低温度,具有更大制冷量,目前在输入功率240W的情况下,最低制冷温度为43K(水冷)和48K(风冷), 60K时有1.5～2W的制冷量.此外我们实验室正在研究的压力波发生器通过板弹簧支撑的移动线性驱动线圈,它们的最大扫气容积为2、4、5和10cm3.两种类型的脉冲管冷头结构即同轴和U型结构正被采用,以满足不同的应用.这些制冷机的研究现状将在本文中介绍.     

百赫兹气动斯特林制冷机实验研究

提高运行频率可以增大功率密度,从而在维持效率一定的情况下有效减小制冷机的体积和重量.本文针对一台工作在100 Hz以上频率的气动斯特林制冷机开展了实验研究.实验表明,在一台商用线性压缩机驱动下,该制冷机可获得77.1 K的最低无负荷制冷温度,当工作在105 Hz,充气压力2.50 MPa时,可在100.0 K提供0.52 W制冷量.     

80K高频无磁非金属脉冲管制冷机

介绍了高频脉冲管制冷机冷指无磁非金属材料的选择、加工以及实验优化工作.制作的高频无磁脉冲管制冷机冷指在风冷,2.3 MPa 充气压力,44 Hz,70 W 电功率输入条件下,最低达到 73.4 K 的无负荷最低温度;60 W 电功率输入,最低温度为 74.0 K,在 80 K 时可以提供 0.1 W 的制冷量.本文为高频脉冲管制冷机直接冷却相关低温超导器件提供了坚实的基础.     

μ介子转化电子装置超导磁体低温系统(英文)

μ介子转化为电子的试验装置(MECO)将安装在美国布鲁克海文国家实验室的交变磁场梯度同步加速器中。一台4.5K千瓦制冷量的氦制冷设备将为MECO试验中的四个大型的超导螺线管磁体提供冷量,针对MECO中超导磁体的性能特点及要求,主要讨论了该低温系统中每个超导磁体的冷却方法以及相应氦制冷机的流程设计方案。     

液氢温区两级同轴型脉管制冷机

液氢温区的低温制冷机在军事技术、红外探测、低温超导等应用领域具有广泛的应用前景。本文设计并且研制了一台两级气耦合斯特林型脉管制冷机,采用两级同轴结构,大大提高了系统的紧凑性。采用惯性管加气库作为调相机构,同时为了提高制冷性能,添加了双向进气调节。实验结果显示,系统的无负荷温度为13.4 K,在20 K可以提供1.1 W的制冷量,此时系统输入声功为390 W,输入电功575。同时对回热器填料以及系统运行参数频率和平均压力进行了实验研究。     

超导四极磁体降温和升温过程的数值模拟

 超导四极(SCQ)磁体是北京正负电子对撞机重大升级改造中的新增关键设备之一，在磁体降温和升温过程中，温度梯度引起的过大热应力有可能毁坏磁体。从SCQ磁体安全运行角度来研究该磁体降温和升温过程，提出了SCQ磁体降温和升温的数值模型。利用该模型计算得到降温和升温时间分别为120 min和150 min。考察了氦流进出磁体温度、压力、磁体上最高温度和最低温度以及最大温差的变化过程。降温过程中磁体上的最大温差为46.5 K，升温过程中磁体上的最大温差为47.3 K。降温过程中氦流最大压力为0.39 MPa，升温过程最大压力为0.41 MPa。为保证磁体安全运行，应小心调节混合气的温度，尽量使磁体上的温度分布均匀后再注入4.5 K或300 K的氦气。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机.单独测试第一级最低达到了13.8K,是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录;在40K温度下具有55.9W制冷量,可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用.使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管,二级最低温度达到了2.6K,在4.2K下有590mW制冷量,同时一级在36.7K有15W的制冷量,满足小型低温超导磁体冷却的要求.     

大冷量脉管制冷机回热器温度不均匀性的实验研究

本文对一台设计目标为液氮温区千瓦级冷量的脉管制冷机展开了实验研究。在回热器中填充纯不锈钢丝网时,观测到了巨大的温度不均匀现象,当入口压比为1.25时回热器中部最大温差高达163.3 K,并且回热器中的温度场难以发展稳定。在向回热器中填充了一定数量的紫铜丝网后,回热器内的温度不均匀现象得到了有效的抑制,制冷机的制冷量也有了明显的提升。最后通过对充气压力和工作频率的优化,在入口声功9.08 kW、制冷温度77 K时获得了647 W的制冷量。