一种新结构U型脉冲管制冷机

在U型脉冲管制冷机结构基础上,研制了一台带有一个蓄冷器和两个相同脉管的新结构U型脉冲管制冷机,并进行了实验研究和分析。制冷机采用惯性管调相,在压缩机输入电功率80 W,运行频率52 Hz下,获得了120 K@6 W的制冷量。重点对两种惯性管调相方法进行研究和分析,得出了对新结构U型脉冲管制冷机调相有益的结论,并对惯性管调相过程中产生的直流现象进行了验证分析。     

12K预冷型高频脉冲管制冷机

研制了一款预冷型高频脉冲管制冷机,采用液氮来预冷脉冲管制冷机热端,对制冷机进行了设计计算,并对运行参数开展了实验研究。制冷机为同轴形式布置,采用置于液氮温区的长颈管及气库组合作为调相机构,回热器均采用不锈钢丝网作为蓄冷材料。在180W的输入电功下获得了675m W/20K的制冷量,在110W的输入电功下获得了12.2K的最低制冷温度,进一步对预冷的液氮采用抽气减压的方式降温到63K时,获得了11.9K的无负荷最低制冷温度。     

60K单级高频同轴脉冲管制冷机性能研究

设计出60 K温区2 W冷量级别惯性管型单级高频同轴脉冲管制冷机并进行了系统试验,分析研究并获取了最优工作频率和最佳的蓄冷器与脉冲管长度匹配及布置。制冷机典型试验性能为在91 W压缩机输入电功和300 K散热温度的条件下,在60 K获取2 W净制冷量,在60 K的比卡诺效率达到8.8%。     

蓄冷器和脉冲管尺寸对制冷机性能的影响

多年来为提高微型脉冲管制冷机的效率,在调相机构方面做了大量的工作,但在脉冲管制冷机各部件的最优几何尺寸方面所做的工作较少,本文用实验方法研究了蓄冷器和脉冲管的几何尺寸对一高频微型脉冲管制冷机性能的影响,由不同尺寸的脉冲管和蓄冷器组成了25个微型脉冲管制冷机,每个制冷机在不同的充气压力下进行了试验,实验结果表明,对于扫气体积为 1.66cm3的压缩机而言,最佳的蓄冷器和脉冲管无量纲尺寸（蓄冷器的空体积、脉冲管的体积与压缩机扫气体积之比）分别在1.1～1.2附近和0.7～1.0之间。     

液氢温区高频脉冲管制冷机蓄冷器研究

液氢温区制冷机蓄冷器材料的选择对制冷机的性能具有重要的影响。本文开展了液氢温区低温蓄冷材料的实验研究,系统研究了Pb球、Er_3Ni、HoCu_2、高目数不锈钢丝网等多种蓄冷材料对高频脉冲管制冷机的影响。实验测试结果表明,不锈钢丝网的实验效果仍为最佳;而Er_3 Ni的实验效果接近不锈钢丝网;Pb球作为几种蓄冷材料中比热容最高的材料,实验结果却是最差的;本文对此实验现象进行了分析和解释,以便为高频制冷机中蓄冷器材料的选择提供有益的指导和帮助。     

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.     

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.     

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。     

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。     

脉冲管制冷机相位差对蓄冷器微元泵热的影响

脉冲管制冷机是一种典型的调相型制冷机,工质的相位差分布情况对制冷机的运行状态具有决定性的影响.为了从热力学角度探究相位差对制冷过程的影响,基于热力学非对称理论,建立了关于蓄冷器内部工质微元的热力学分析模型.重点对比了实际情况和理想情况下,蓄冷器冷端处工质最佳相位差的区别.基于微元循环模型分析了实际情况下微元最佳相位差偏...     

蓄冷器填料非金属化后性能变化的机理分析

从蓄冷填料的体积比热容和热穿透深度两方面入手,对脉冲管制冷机蓄冷器非金属化后的性能变化进行了系统的机理分析。理论分析显示,蓄冷填料的非金属化恶化了蓄冷器的性能,并在一定程度上制约了脉冲管制冷机的微型化和高频化。本文同时对理论分析进行了简要的实验验证。     

4W/10K两级G-M制冷机性能的试验研究

详细介绍了两级G-M制冷机的试验系统和测试方法,测得两级G-M制冷机性能指标为:一级最低温度32.9K,二级最低温度7.2K,降温时间约60min,且二级制冷量达到4.8W/10K;试验进一步研究了不同蓄冷材料对制冷机性能的影响,结果表明,采用磁性蓄冷材料Ho Cu2填充的两级G-M制冷机二级最低温度可达到2.9K,并可获得1.5W/4.2K制冷量,即使用磁性蓄冷材料可提高制冷机性能。     

单级高频脉冲管制冷机研究

采用单级高频脉冲管制冷机获得低于30 K的制冷温度是脉冲管应用的一个新方向.本文介绍了一套获得了26 K最低制冷温度的单级高频脉冲管制冷机,这是无多路旁通的单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度.实验表明,即使对于惯性管作为主要调相结构的高频情况,双向进气方案在进一步调相和降低温度方面仍有很大作用.该工作为单级高频脉冲管制冷机在30～40 K温区的应用奠定了基础.该实验结果和模拟分析结果基本相符.通过和二级制冷机的比较说明了单级制冷机的优势,即较大的制冷量斜率.     

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。     

轻量化20K以下温区斯特林型脉管制冷机

本文介绍一台20 K以下温区斯特林型脉冲管制冷机的最新研制结果,制冷机采用压缩机与脉冲管耦合在一起的一体式结构,蓄冷器和脉冲管采用同轴布置形式,制冷机整机质量15.5 kg。实验发现分别以最低温度和最大制冷量为优化目标所对应的双向开度存在着略微的区别.在250 W的输入电功下,双向开度以最低温度为优化目标时,无负荷最低温度14.7 K,是目前单级结构斯特林型脉冲管制冷机最低温度的一个新纪录;当双向开度略微减小以后,无负荷最低温度上升到15.4 K,但在20 K的制冷量从365 mW提高至398 mW.     

蓄冷器内部气体微团的热力过程分析

从脉冲管制冷机中的核心部件蓄冷器入手,考虑不同情况下气体微团的具体热力过程,循序渐进的分析等温和有温度梯度情况下蓄冷器内部不同相位关系的气体微团的压缩和膨胀过程,得出蓄冷器的泵热效应;并通过一定程度的近似假设,给出蓄冷器内部气体微团的理论制冷量的近似公式,得到影响脉冲管制冷机理论制冷量的关键因素。     

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.     

液氮温区高效脉冲管制冷机的特性研究

本文介绍了由线性压缩机驱动直线型脉冲管制冷机的最新研究结果。根据压缩机参数,依靠线性热声计算程序,优化出10 W级直线型脉冲管制冷机,并使得制冷机入口阻抗能够与压缩机匹配。实验结果表明,由于制冷机与压缩机之间耦合较好,压缩机在达到较好的声电效率的同时,制冷机也拥有较高的相对卡诺效率。其中最好的结果为在输入电功为127 W、制冷温度为77 K的情况下获得了9.4 W的制冷量,整机相对卡诺效率达到了19.8%。文中给出了不同压力、不同调相机构下的压缩机及制冷机特性并对结果进行了分析。     

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。