气体轴承斯特林制冷机研究进展

气体轴承斯特林制冷机是相同制冷量下体积最小、重量最轻、效率最高和可靠性最高的制冷机。为了满足高温超导器件等电子器件对斯特林制冷机需求,开展了10W@77K气体轴承斯特林制冷机的性能和环境适应性研究。在此基础上,设计制作了-100~-20℃温区、5W@77K和15W@77K气体轴承斯特林制冷机样机并进行了测试。10W@77K制冷机在输入功率为166.1W时达到10.55W@77K(热端温度30℃),制冷系数达到6.35%,通过了高低温贮存、高低温冲击、高低温工作以及机械振动、机械冲击等环境适应性实验。-100~-20℃温区制冷机在150W输入功率下获得38W@-80℃的制冷量,制冷系数为25.3%。15W@77K制冷机在输入功率为260W时获得了15.6W@77K的制冷量(热端温度35℃),制冷系数为6%。5W@77K制冷机在输入功率为90W时获得了5.1W@77K的制冷量(热端温度35℃),制冷系数为5.67%。该系列气体轴承斯特林制冷机的良好性能和环境适应性使得其可广泛应用于超导接收前端、斯特林低温冰箱和小型液氮系统等场合。     

20 K单级斯特林制冷机理论研究

为满足小型超导磁体等领域对20 K温区制冷机的需求,本文进行了20 K温区单级斯特林制冷机的理论研究,通过对20 K温区高频交变流动换热机理和材料的热容、热渗透深度的影响分析,明确了20 K温区对回热器的设计准则,通过建立整机的热力学模型进行计算,计算结果表明,在铅丝丝径为24μm时,斯特林制冷机可获得的制冷量为0.65 W@20 K、1.84 W@25 K、3.02 W@30 K、4.26 W@35 K、 5.48 W@40 K。满足设备对20 K温区单级斯特林制冷机的需求。     

一种HgCdTe探测器微型杜瓦的设计和工艺研究

介绍一种用于冷却HgCdTe探测器微型制冷杜瓦组件,该组件由旋转马达驱动型斯特林制冷机冷却,杜瓦采用插入式结构,制冷机与杜瓦之间用耦合单元来传递冷量。设计中的关键技术是尽可能减少漏热损失、高效传递冷量以降低斯特林制冷机的热负荷,同时为了达到长期保持杜瓦内真空度的要求,制造过程中还需要进行一系列的工艺处理。本文重点介绍插入式杜瓦用于冷却HgCdTe探测器芯片的结构设计以及工艺解决方案。     

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.     

声功回收级联型脉管制冷机实验研究

在原有单级脉管制冷机的基础上,设计并研制了一台声功回收级联型脉管制冷机.实验结果表明,在输入电功为500 W时,无负荷制冷温度为主级123.3 K,辅级131.0 K,主级制冷量为143.7 W@233.0 K,辅级制冷量为62.9W@233.0 K,其总和206.6 W@233.0 K,高于相同输入功时单级脉管制冷机的理论模拟值189.6 W@233 K,验证了声功回收方案的可行性,不仅是对回热式低温制冷法在普冷温区实践的一次有益探索,而且为更低温度大制冷量脉管制冷机声功的回收奠定了基础.     

小型线性斯特林制冷机研究

本文介绍一款小型线性斯特林制冷机总体方案及参数设计,制冷机质量≤400g(目标值),匹配Φ8mm冷指,优化工作温区为110K,可拓展至80K温区工作,23℃工作环境能实现制冷量0. 7W@80K(25Wac)、0. 8W@110K(15Wac)。该制冷机通过与探测器进行联试,表明制冷性能及动力学特性可基本满足用户需求,并从制冷性能、质量、可靠性等三方面对制冷机提出了改进措施。     

10W@80K分置式气体轴承斯特林制冷机研究

为了同时满足冷量、重量、振动、寿命以及环境适应性的需求,开展了分置式气体轴承斯特林制冷机的研发。以气体轴承线性压缩机为驱动源,设计了一款大冷量分置式气体轴承斯特林制冷机。优选了制冷机的设计参数,系统研究了制冷机的运行频率、充气压力、降温时间与制冷量的变化规律,进行了相关实验研究,压缩机输入240Wac,制冷机输出性能指标达到10.2W@80K,验证了制冷机设计的合理性。     

液氦温区VM-PT制冷机的数值计算研究

本文对液氦温区Vuilleumier耦合脉冲管(VM-PT)制冷机进行了数值计算研究。为了减小来自室温的漏热,将气库置于一级冷头之上。采用SAGE软件建立了数值计算模型,以无负荷制冷温度为目标函数对制冷机运行参数进行了优化。为了进一步了解制冷机的工作原理,研究了脉冲管制冷机内焓流、声功、熵流、压力波、体积流率及温度的沿程分布,并对其相位关系和可用能损失进行了分析。计算结果表明,该制冷机可在平均压力0.9 MPa、压比1.61、运行频率0.8Hz时得到3.69 K的无负荷制冷温度,在4.2 K时可提供16.24 mW制冷量。     

2.2 W @ 80 K高效小型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,与器件耦合简单等优点,在低温超导以及航空航天领域得到了广泛的运用。通过提高制冷机的工作频率,可减小制冷机的体积与重量。本文介绍了一套高效小型同轴脉冲管制冷机,该制冷机整机重量为1.6 kg,冷指直径14 mm,长度45 mm。采用实验室研制的小型化直线压缩机驱动(1.2 kg),惯性管气库为调相机构,在输入电功45 W,冷端温度80 K,热端温度为300 K时,冷指可获得2.2 W的制冷量,相对卡诺效率13.4%。     

6W@60K脉管制冷机的优化及实验研究

设计制作了一台6W@60K同轴型脉管制冷机,用于冷却一碲镉汞红外探测器。通过脉管制冷机结构特点的分析及系统阻抗特性的研究,给出压缩机内部气体阻抗实虚部与PV功转换效率之间的变化规律,从而为设计出高效的脉管制冷机提供有益指导。完成了该脉管制冷机的设计、制作及性能测试工作。实验表明该制冷机在150 W电功输入下可获得低于40 K最低温度,195 W电功输入下60 K可获得6 W制冷量,比卡诺效率为12%。     

高温超导磁悬浮环形杜瓦的漏热分析

对高温超导磁悬浮环形杜瓦进行了漏热分析。在杜瓦内部采用真空多层绝热结构,并在整个外表面包裹了玻璃微纤维深冷绝热纸,工艺简单,绝热效果良好。通过传热学理论分析和计算,得到杜瓦的漏热量及液氮的损耗量。结果表明,固体传导漏热为主要的漏热来源,液氮维持的时间能达到技术要求的10小时,整个杜瓦装置的绝热性能良好。     

HgCdTe256×256用制冷杜瓦集成组件的研制

介绍一种红外焦平面器件用制冷杜瓦组件,该组件用于封装256×256HgCdTe红外焦平面芯片,由直线马达驱动型斯特林制冷机冷却,制冷机与杜瓦的耦合采用IDCA方式;制冷机、杜瓦进行一体化优化设计,使得整个红外探测器组件能耗、重量大大降低,实现了红外探测器组件的小型化.     

0.8W/80K直线驱动斯特林制冷机的研制

介绍了一种 0 .8W/ 80 K分置式斯特林制冷机。该制冷机采用当前国外先进的直线电机驱动 ,双活塞对称布置结构。该制冷机已通过军品所要求的环境试验 ,输入功率小于 4 0 W(DC)情况下 ,其 +6 0℃高温环境下制冷量≥ 0 .5 W/ 80 K ,带载 0 .5 W工况下 MTTF已突破 2 0 0 0小时。文中主要论述了其工作原理、结构特点、试验情况。     

70K温区混合工质分凝分离循环节流制冷机实验研究

混合工质节流制冷机正在许多方面获得越来越广泛的应用。文中设计了一种新型的混合工质分凝分离循环 ,建立了实验系统 ,并在 70 K温区进行了实验。实验结果表明 ,节流制冷机可以达到 6 5 .3K的低温 ,并在 72 K温度提供 1W的制冷量 ,输入功率为 5 0 0 W。     

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...     

微型整体式斯特林制冷机结构设计与试验研究

文中介绍了我所独立开发研制的一种微型整体式斯特林制冷机 ,对结构设计要点以及动平衡设计思路和方法进行了较为详尽的论述 ;并给出了性能试验结果。所研制样机的主要性能指标为 :制冷量 >0 .7W/80 K;降温时间 <5min;输入功率 <35W;重量 <1 kg     

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。     

单级G-M 150制冷机性能实验研究

为满足高温超导和低温气体处理系统等工程应用项目的大冷量需求,单级大冷量G-M制冷机成为目前国内外的研究热点。文章中描述了以G-M150为基础的制冷机综合性能测试方法及实验平台,并对其制冷温度和制冷量两个主要性能的影响因素进行实验研究,为探讨20K单级大冷量G-M制冷机的研究提供参考。     

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。     

污染对斯特林制冷机性能影响的实验研究

向斯特林制冷机内在线、连续地添加污染杂质进行污染加速试验,得到了不同污染对制冷机性能影响的量化规律.结果表明,随着污染量的增加,制冷能力首先稍微增强,然后出现衰减.水蒸气、酒精、丙酮分别在74 mg、31 mg、114 mg使制冷性能产生约40%的衰减.此外,加入污染后降温速率变慢.从换热、流阻角度对结果进行了分析.实验结论有助于斯特林制冷机的可靠性考核和寿命预测.