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。     

压缩机背腔作为脉冲管制冷机气库的研究

脉冲管制冷机是一种重要的小型低温制冷机,通常高频脉冲管制冷机采用惯性管加气库的调相方式,然而较大的气库降低了系统的紧凑性。对于直线压缩机,其背腔也具有较大的体积,为提高系统的紧凑性,本文进行了使用压缩机背腔作为气库用于调相脉冲管制冷机的研究工作。研究结果表明采用这种方案的制冷机是可行的,当背腔体积足够大时,通过调整惯性...     

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...     

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。     

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。     

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%。     

高温惯性管在脉管制冷机中的应用探究

利用热声理论分析了惯性管内气体温度变化时,纯阻抗、感抗和容抗的变化情况。模拟分析了高温和常温条件下,惯性管的调相能力。基于一台50 W@180 K脉冲管制冷机,分别采用高温惯性管和常温惯性管作为调相机构,研究其制冷性能及各部件的损失。对其进行实验验证,结果表明通过选择合适的惯性管长度,采用高温惯性管可以达到和常温惯性管一致的制冷性能。     

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.     

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.     

行波热声发动机容腔管和反馈管的调相作用研究

带环形圈的热声发动机是一种新型的行波型热声发动机,由于能够在环形圈内回热器附近调制出行波相位,因此具有比驻波发动机更高的效率。环形圈的反馈管和180度弯管分别在系统中起着感和容的作用,在相位的调制过程中它们起着至关重要的作用,尤其是对于感的作用比较强的小型系统,它们的作用更加突出。该文通过计算,分析了小型行波热声系统中感和容对于回热器入口处和回热器中心位置处的压力波动和体积流率相位的调制作用,以及这种调制作用对于效率,压力波动的幅值的影响。     

脉冲管制冷机调相机构的研究 第一部分 双向进气模式的研究

基于线性热声理论,通过数值计算定量分析了双向进气对脉冲管制冷机性能的影响,指出:在惯性管已经为脉冲管制冷机提供了所需的最佳阻抗时,双向进气不能提高脉冲管制冷机的性能,只有在惯性管没有为制冷机提供作需的最佳阻抗时,双向进气模式才能发挥积极的作用。     

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。     

脉冲管制冷机中惯性管的数值模拟研究

本文利用Fluent软件对惯性管进行数值模拟,计算采用二维层流的数值模型,得到惯性管入口处质量流量与压力波之间的相位及惯性管内部的压力波幅值和质量流量幅值的变化,给出不同频率及惯性管尺寸对惯性管入口处压力波与质量流量之间的相位的影响.通过分析并计算得到脉冲管冷端质量流量,进行设计计算.     

可达5K以下的三级斯特林型脉管制冷机性能研究

针对当前低温超导电子、军事及空间探测等对液氦温区紧凑、长寿命、高可靠性制冷技术的需求,设计并研制了一台三级斯特林型脉管制冷机。讨论了制冷机第三级的回热器、脉管、调相机构等相关参数的设计,着重分析了液氦温区回热器长度与温度分布的特殊关系。实验中以He-4为工质,第三级在充压0.91 MPa,频率29.9 Hz,输入电功率100 W的工况下获得了4.97 K的最低无负荷温度,有制冷量25 mW@6 K。该结果首次证明了采用He-4为工质、以三级结构的斯特林脉管制冷机实现液氦温区制冷的可行性。     

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%。     

一种间接测量惯性管阻抗的方法

惯性管是脉冲管制冷机的一个重要部件,需要保证其在脉冲管热端提供合适的阻抗幅值和相位。如何准确确定惯性管阻抗一直是个难点。本文利用直线压缩机背腔内压力波动计算体积流率,从而间接得到惯性管入口体积流率,进而得到惯性管阻抗特性,并与DeltaEC计算做了详细对比,为进一步优化脉冲管制冷机打下基础。本文首先介绍了惯性管的热声计算模型及其湍流修正方法,并详细介绍利用压缩机了测量体积流率的方法。实验中重点考察了频率、惯性管入口压力波动、气库体积大小对阻抗的影响,并对实验结果进行了分析。实验结果表明,阻抗幅值及相角跟湍流模型计算结果总体而言相当吻合,但在某些区域还需进一步修正。