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…     

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。     

脉冲管制冷机动态特性数值计算研究

针对脉冲管制冷机内部交变流动及多孔介质蓄冷机的特点建立了数值计算模型,采用改进的数值模拟方法对脉冲管制冷机内部气流的交变流动、换热以及制冷过程进行了详尽的数值研究,得到了脉冲管制冷机内各参数的动态变化,分析了各动态参数变化对制冷机整机性能的影响,并从提高数值方程的计算精度和收敛性方面给出了改进的数值模拟方法。模拟分析与实验结果符合良好。该模拟方法的特点从基本流动换热微分方程出发,尽可能多的考虑实际制冷机工作过程中的各种不可逆因素,包括实际气体的物性变化,各部件的流动阻力和传热损失。     

脉冲管制冷机蓄冷器的热力学循环数值分析

脉冲管制冷机内部工质气体热力学循环是理解脉冲管制冷机制冷机理的一个重要方面。本文采用拉格朗日方法对制冷机蓄冷器内部气体微团热力学循环进行了数值统计分析,结果表明,对于变频率和充气压力工况,蓄冷器内单位质量气体单位时间内循环换热量和制冷机能达到的最低制冷温度紧密相关。     

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析 ,对脉冲管制冷机制冷功率的提高提出了改进方案 ,搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台 ,在实验中首次采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头 ,对这种换热器的效率在不同实验条件下进行了计算 ,并通过实验验证了这种新型换热器在脉冲管制冷机中应用的可行性。实验表明 :改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键问题。在使用烧结换热器的单级脉冲管制冷机实验台上 ,采用输出功率 3k W的压缩机在 80 K时得到了 35W的制冷量 ,在效率上属国内领先水平。     

脉冲管制冷机机理研究新进展

脉冲管制冷机是近年来空间微型机械式制冷机研究的前沿课题，作者通过精确的实验测量和分析，首次发现了双向进气型脉中管制冷机存在直流分量，该直流分量是脉冲管制冷机的一种损失，并指出多种旁能流程可以减小直汉损失，提高脉冲和制冷机的制冷性能。     

使用脉冲管制冷机的高温超导电子学子系统的初步研究

利用微型制冷技术的最新成果，设计和制作了一台适用于高温超导微波子系统的脉冲管制冷机．制冷机冷头微振动精密测量表明，这台脉冲管制冷机冷头的最大振动比商品化的传统制冷机要小１～２个数量级左右．首次成功地将特殊设计的高温超导谐振腔与上述制冷机组成实用电子学子系统．实验表明，在同样条件下器件在传统制冷机（斯特林机）内出现的噪声，在脉冲管制冷机中完全消失，充分表明了脉冲管制冷的优越性，显示了由脉冲管制冷机与高温超导器件组成的实用电子学子系统的潜在应用前景．     

高频脉冲管制冷机内部交变流动的实验研究

实验测量了脉冲管制冷机实际工作过程中的动态速度波和压力波,得出了小功率情况下及制冷机降温过程中速度和压力波动的幅值和相位的一些规律,对脉冲管制冷机内部气体交变流动的研究和数值模拟以及制冷机的设计具有参考价值.     

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.     

两级4K-脉冲管制冷机数值模拟

针对工作在液氦温区的两组4K-脉冲管制冷机的特性，为模拟和动态显示其内部工作过程和参数变化规律，发展了一种新的欧拉-拉格朗日数值计算模型。采用拉格朗日方法，用移动网格跟踪脉冲管中气体微元随周期性压力波动的具体运动轨迹；采用欧拉法，用固定网格直接模拟蓄冷器内部的动态参数变化。模型还考虑了实际气体工质（氦气）的热物性变化、多层磁性蓄冷材料、冷热端换热器及蓄冷器填料的压力降和非平衡换热等。并采用该模型数值分析一典型两极4K-脉冲管制冷机的气体温度、压力、流量和焓流在一个周期内的变化情况，分析了多层磁性蓄冷材料对制冷机性能的影响。     

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。     

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...     

脉管制冷用于低温超导磁体冷却的可行性分析

采用制冷机直接冷却的低温超导磁体系统与传统液氮冷却方式相比，具有轻便紧凑、运行简单、维护方便、可长时间连续运行等优点；而脉管制冷由于冷端无运动部件，与传统的G-M制冷机相比，具有结构简单、运行可靠、振动小等优点．本文结合我们在液氮温区脉管制冷方面的技术，从漏热和经济性两方面探讨了将脉管制冷直接用于冷却一个5特斯拉NbTi低温超导磁体的可行性，为后期系统的搭建奠定基础．     

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。     

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。     

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。     

脉管制冷与气波制冷耦合的研究

介绍了一种耦合脉管制冷与气波制冷技术的新型制冷机脉管式气波制冷机。分析了脉管式气波制冷机的制冷原理 ,对脉管制冷与气波制冷的耦合性进行了试验研究。同时 ,对振荡管长度、气体分配器的转速等影响脉管式气波制冷机性能的因素进行了试验。通过研究 ,获得了一些有益的结论 ,并给出了各种因素对制冷机等熵效率的影响曲线