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。     

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。     

基于可用能和熵产分析500 W/4.5 K氦制冷机优化

利用流程模拟软件对500 W/4.5 K氦制冷机建立静态模型,建立制冷循环的可用能效率以及系统熵产的分析公式.选取透平路分流系数、透平路中间压力、透平路进口温度和压机出口压力关键参数为研究对象,采取氦制冷机的可用能效率分析和系统熵产分析相结合的研究方法,对氦制冷流程进行优化分析.优化后的500 W/4.5 K氦制冷机的...     

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。     

CFETR 25kW 4.5K氦制冷机RAMI初步分析

对25kW/4.5K氦制冷机进行了可靠性、可用性、可维修性和可监测性(RAMI)分析，建立了其可靠性框图，计算并评估了系统的可靠性和可用性。同时，通过故障、影响和危害分析指出了氦制冷机的故障模式，并提出了缓解和维护措施。     

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.     

360W@4.5K氦制冷机预冷过程的数学建模

针对360W@4.5K氦制冷机的降温过程建立了数学模型。首先分别建立了各个部件的模型,然后通过氦气状态参数的传递将各个模块连接起来。对关键部件换热器采用集中参数法,忽略其内部的温度梯度;利用换热器温度变化速率远小于氦气的特点,将换热器的温度变化从时间上离散,在每一个时间步长内,只考虑氦气温度的变化。该模型可求解不同控制策略下的降温时间,从而为不同控制策略的比较提供依据。     

小型传导冷却低温系统热分析与实验研究

传导冷却型低温系统中,各结构组件间的热平衡过程是以固体间热传导的形式向制冷机实现热量传递。由于各冷却部件降温条件的差异,会导致系统内部温度分布不均匀,影响被测样品性能测量,需对系统结构开展热分析与实验研究。借助ANSYS软件,建立了小型低温系统三维模型并进行了热分析,结果显示,预期系统最低温度为2.38 K,冷屏最大温差不超过1.0 K,样品台最大温差不超过0.1 K。同时,采用一套2.2 W@4.2 K双级制冷机作为冷源,完成了低温系统降温与精准控温实验。实验结果表明,冷屏误差不超过1.5 K,样品台误差不超过0.01 K,与模拟分析结果吻合良好,满足系统要求,验证了传导冷却低温系统热分析方法的准确性以及实验装置测温的可靠性,为类似装置的热分析及其设计提供了参考。     

大冷量气体轴承斯特林制冷机与杜瓦耦合漏热分析

对大冷量气体轴承斯特林制冷机及其与杜瓦耦合方式进行了论述,对插拔式杜瓦耦合漏热损失进行了理论计算及试验分析,结果表明,插拔式杜瓦耦合损失为76.1%,制冷量仅有2 W@80 K。经分析可知,制冷机冷指与杜瓦内胆之间产生的环隙漏热是影响耦合性能的主要因素,通过对环隙采用真空密封方式和减小环隙引起的漏热损失,耦合损失降至16.5%,制冷量提升至7 W@80 K。该耦合方式简单可靠,易于操作,满足制冷机可拆卸更换和维修的工程化需求。     

7T大口径NbTi超导磁体降温通电实验

介绍了用于超导导体测试用超导磁体降温通电实验,降温采用500W@4.5K制冷机系统。300—10K直接采用冷He气循环冷却超导磁体,温度低于10K直接输入LHe。该磁体在4.2K温度下可通1000A的电流,其中心磁场为7T,储能为3M J。