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。     

高频脉冲管制冷机的数值模拟及其实验优化

随着高频脉冲管制冷机技术的发展,为了进一步提高制冷机的性能,需要对制冷机内部机理进行进一步的深入分析．运用数值模拟方法对脉冲管制冷机进行仿真模拟,能够有效直观地研究脉冲管制冷机的内部工作机理．本文采用CFD软件(FLUENT(?)),建立了回热器的多孔介质模型对不同工况的高频脉冲管制冷机进行全三维模拟计算,得到了高频脉冲管制冷机内部的流动分布,并通过计算得到了频率和平均压力对制冷机的内部参数和性能的影响．将计算结果与实际制冷机的优化结合起来,为实验的优化提供一定的依据．优化并得到了一种高效率的高频脉冲管制冷机,其80 K的COP达到4％以上．     

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。     

高频脉冲管制冷机重力特性数值模拟及实验验证

本文采用数值模拟和实验研究的方法对高频脉冲管制冷机的重力特性进行了对比研究.研究表明,冷指方向与重力方向的夹角变化会对脉冲管制冷机的性能产生较大的影响,在135°时脉冲管内部会形成环流,在较低的输入功率下甚至不能达到其要求的温区.提高脉冲管制冷机的输入功率(脉冲管内动压幅值)、减小脉冲管的特征长度以及减小惯性管的长度在一定程度上可以抑制重力的消极影响.     

惯性管在300 Hz脉冲管制冷机中的应用

300 Hz脉冲管制冷机与常用60 Hz以下的脉冲管制冷机有着不同的特性.本文采用惯性管作为调相器,对不同管径和长度的惯性管进行理论分析和实验研究,研究表明,惯性管的几何尺寸对300 Hz脉冲管制冷机的性能有很大的影响,惯性管处于最佳调相位置时,脉冲管热端和冷端的压力波与质量流之间的相位差分别在60°和30°左右.惯性管长度的变化对压缩机出口和脉冲管热端的压差也产生很大的影响.     

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。     

液氦温区两级4K脉冲管制冷机数值模拟

为模拟和动态显示工作在液氦温区的两级4K脉冲管制冷机内部工作过程和参数变化规律,发展了一种新的欧拉法-拉格朗日法数值计算模型。采用拉格朗日方法,直接跟踪脉冲管中气体微元随周期性压力波动的具体运行轨迹;采用欧拉法,直接模拟蓄冷器内部的动态参数变化。本文简单介绍该模型,并模拟了一典型两级4 K脉冲管制冷机各参数的变化情况,分析了多层磁性蓄冷材料对制冷机性能的影响情况。     

超高频脉冲管制冷机研究

本文分析了超高频下脉冲管制冷机的两个特点,并在理论分析和计算的基础上,利用强波热声发动机作为驱动源,形成300 Hz的超高频条件,研制了一套两级的脉冲管制冷机,着重考察了调相结构(小孔气库和惯性管)对制冷机的影响.经初步优化,二级冷头温度在1000 W时达到了66.54 K,1200 W时达到了64.64 K.     

脉冲管制冷机调相惯性管的设计理论及通用图表

本文介绍一种针对纯惯性管以及惯性管加无限大气库的选型图表.系统介绍了其设计理论.通过与实验值的对比,采用了符合较好的简化湍流模型进行计算.为了使图表易于使用,本文提出了一组更实用的无量纲参数和计算"无限大"气库体积的方法.最终,通过两个实例,给出了应用该表的使用方法和应注意的问题.     

脉冲管制冷机调相机构的研究 第三部分 惯性管调相能力的研究

惯性管作为脉冲管制冷机的主要调相机构,可以为制冷机获得合适的相位关系。但是有的制冷机仅仅使用惯性管作为调相机构,有的同时还采用双向进气作为调相机构,这引起了人们对二者使用的混乱认识。为了深入了解惯性管在脉冲管制冷机中的调相作用,对惯性管的调相能力进行了研究,发现惯性管并不能为所有的脉冲管制冷机实现所需的阻抗,因此双向进气模式在有的制冷机中仍然能够发挥积极的作用。     

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。     

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。     

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。     

超高频脉冲管的气体微团位移分析

本文通过建立绝热模型,理论上分析了小孔型脉冲管制冷机内部气体微团的运动过程,定性地推导出了小孔型脉冲管制冷机冷端的相位差,以及冷端和热端的最大位移量。同时分析了频率、温度和小孔阻力对相位角和最大位移量的影响以及超高频下脉冲管制冷机冷头温度比一般高频制冷机高的原因。     

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。     

双向进气与惯性管功能的研究

基于线性热声理论,本文对斯特林型脉冲管制冷机的调相机构一双向进气和惯性管进行了系统的数值模拟,研究结果表明:在惯性管结构能够为脉冲管制冷机提供所需要的最佳阻抗时,双向进气模式不能提高脉冲管制冷机性能;但是因为惯性管调相能力有限,不能为小功率脉冲管制冷机提供所需要的最佳阻抗,此时双向进气仍然能够为提高脉冲管制冷机性能发挥积极的作用.另外,本文还总结了脉冲管制冷机调相机构实验中出现的现象,对其进行了理论解释,这也是对本文结论的有力佐证.     

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...