低于氮临界点温度工作的热声驱动脉管制冷机研究

采用热声发动机驱动的脉管制冷系统,消除了系统中的机械运动部件,具有结构简单、运行可靠和环境友好等优点。文中基于Regen 3.2软件,设计并制作了一台采用热声驱动的单级脉管制冷机。该制冷机采用双向进气结构,脉管和回热器为U型布置。初步实验研究中,以氮气为工质,该脉管制冷机获得了117.5K的最低制冷温度,低于氦的临界点温度126.19K;以氦气为工质,目前获得了83.5K的最低制冷温度。     

40K温区的热驱动低温热声制冷机

热声驱动脉管制冷机主要由热声发动机和脉管制冷机组成,是一种完全无运动部件的新型低温制冷机。本文在实验室现有行波热声发动机的基础上,运用线性热声理论对两级脉管制冷机进行了设计,并用声学放大器对热声发动机和脉管制冷机进行耦合,提高脉管制冷机的驱动压比,从而获得了41 K的低温,这是目前热声驱动脉管制冷机所获得的最低制冷温度。正因为本热声驱动脉管制冷机系统的热驱动特性及其主要部件都是按照热声理论进行设计,所以我们将其称为热驱动低温热声制冷机。     

热声驱动脉管制冷机系统的效率评价

采用热声压缩机驱动脉管制冷机将完全消除系统的机械运动部件 ,大大提高了运行的可靠性。随着热声驱动脉管制冷机研究的不断深入 ,人们迫切需要能真实反映系统效率的评价标准 ,文中给出三种评价方法 :(1 )系统的总效率 ;(2 )系统的相对卡诺效率 ;(3)系统的火用效率。建议采用火用效率对系统效率进行综合评价 ,这对系统的性能改善以及实用化研究具有一定的参考价值     

直线压缩机驱动热声型低温热声制冷机研究

直线压缩机驱动的热声型低温热声制冷机是获得低温的一种重要制冷技术,它利用直线压缩机往复运动产生的声波驱动脉管产生热声制冷效应而工作。文中报道了由中国科学院理化所和深圳市中科力函热声技术工程研究中心联合研制的系列液氮温区低温热声制冷机,其效率达到22%,为目前国际上所有公开报道的各类热声制冷机中的最高效率。该系列低温热声制冷机在低温下无运动部件、可靠性高,在红外探测器、高温超导滤波器等低温电子器件冷却方面具有重要应用前景。此外,还将对下一步的研究进行简单的介绍。     

液氮温区热声驱动脉管制冷机的研究

热声发动机驱动的脉管制冷机是一种完全无运动部件的低温制冷机,具有非常好的应用前景,本文介绍了本实验室在这方面取得的最新进展。首先我们对驻波热声发动机进行了改进设计,提高了其驱动压比,用氦气作为工质最大压比达到了1.15。在此基础上我们用其驱动同轴双向进气小孔型脉管制冷机,通过调整热声发动机的振荡频率,使之与脉管达到匹配,最终达到了84.3K的最低制冷温度,这也是目前用驻波热声发动机驱动脉管所达到的最低制冷温度。同时,在此实验过程中,一些抑制跳频的方法也得到了实验验证。     

脉管制冷机直流机理研究和抑制方法探讨

双向进气脉管制冷机中存在的直流流动不仅增加了冷端换热器的负载 ,降低了脉管制冷机的性能 ,而且还是引起脉管制冷机制冷温度不稳定的一个重要原因。文中从流体网络理论出发 ,分析了直流产生的机理 ,对目前各种抑制方法进行了探讨 ,指出了进一步研究的方向。     

压力对热声驱动脉管制冷机性能的影响

讨论了充气压力对热声压缩机的起振温度等性能的影响 ,着重研究了工作压力对热声驱动脉管制冷机性能的影响。对自行研制的驻波型热声驱动脉管制冷机进行了改进和优化 ,在最近的实验中取得了 1 2 0 K的无负荷最低制冷温度 ,达到液化天然气温区。     

回热器流阻对脉管制冷机稳定性的影响

由双向进气阀引起的直流流动是脉管制冷机在高温区如80K温度不稳定的根本原因.本文理论和实验研究了通过改变回热器流阻进行直流抑制的可行性.结果表明:适当增加回热器流阻,可以有效抑制直流,进一步改善双向进气脉管制冷机性能,实现在较高温区长时间稳定工作,为解决其存在的高温区性能不稳定提供了新的途径.     

直流对室温排出器调相两级脉管制冷机的影响

脉管制冷机是小型低温制冷机中的研究热点, 调相机构对其制冷性能有重要影响. 室温排出器型调相机构既可以回收声功, 又能够增强调相能力, 逐渐受到了重视, 然而由于排出器活塞间隙的存在, 系统中形成了闭合气流环路, 带来Gedeon 声直流的影响. 本文基于阶梯室温排出器调相的液氢温区两级脉管制冷机, 考察直流量对于系统性能的影响. 模拟结果表明: 一定量的正向直流可提升20 K 制冷量高达80%以上; 然而排出器活塞间隙引入了负向直流, 增加活塞长度、减小活塞间隙, 可以一定程度抑制直流.     

热声热机热声核内传热与流动特性实验研究

本文通过搭建扬声器驱动的热声热机可视化实验台,利用粒子成像测速仪(PIV)和红外热像仪得到冷、热端换热器间速度及温度场分布,对有无声场两种情况下热声核中速度及温度场的变化进行了实验研究。实验结果表明,外加声场改变了热声核中热对流的基本模式,增强了冷热端换热器间的换热能力,对热声核中的温度分布有着显著的影响。揭示了热声核中的流动与换热规律。     

牙齿组织光热动态特性仿真与试验研究

调制激光作用牙齿组织发生散射形成光子密度波, 而由于光热效应产生热波, 基于一维介质辐射传输漫射近似方程与一维热传导方程建立了调制激光作用牙齿组织半透明混合介质的一维热波数学模型. 利用该模型仿真分析了牙齿龋损特性参数(牙釉质龋损层光吸收系数、散射系数、热扩散系数及龋损深度)对光热辐射动态响应特性的影响与规律. 利用红外探测器(HgCdTe, 2–12 μm)记录808 nm半导体激光激发牙齿组织产生的热波信号, 由锁相放大器计算热波信号的幅值与相位. 通过频率扫描试验获得了牙齿组织的光热动态响应, 利用多参数最佳统计拟合方法得到了牙齿组织特性参数. 结果表明光热辐射测量对牙齿组织不均匀性和龋损特性均具有较高敏感性与特异性.     

单级和两级脉冲管制冷机的设计和实验研究

介绍了一单级脉冲管制冷机的实验研究 ,并利用其作为一级进行了两级脉冲管制冷机的设计和实验研究。获得了2 1K的最低温度和两级脉冲管制冷机尺寸设计的经验     

采用光热辐射计量术测量固体材料的光谱吸收系数

本文采用一种新的测试技术——光热辐射计量术(PTh),对固体材料进行非接触式光谱研究,文中介绍了光热辐射计量理论,并在实验上获得Ce_2O_3粉末和果树叶的相对光谱吸收系数.     

光热折变体光栅变波长读出特性及稳定性研究

光热折变体光栅是在光敏玻璃材料中利用光热折变效应记录的折射率型体全息光栅,具有波长和角度选择性好、衍射效率高、热稳定性好和抗损伤阈值高等特点,在激光器技术领域中具有独特的优势。在自行制备的光敏玻璃材料中,用325nm波长的紫外光曝光记录透射型体全息光栅,基于变波长读出的原理设计实验,对热显影后的光热折变体光栅在532nm波长的激光照射下的衍射读出特性以及其在恒定光功率密度的激光照射下的稳定性进行了实验研究。研究结果表明,热显影后的光热折变体光栅在激光辐照下具有光致饱和效应。根据实验结果定量计算出了光热折变体光栅的选择角和描述光致饱和效应的特征时间常数。     

脉管制冷机性能数值模拟方法的研究进展及发展方向

本文对于脉管制冷机性能的数值模拟方法的发展过程进行了简要的回顾,指出,有限容积法是目前大多数研究者所采用的软件的基本框架。对于作者研究组在过去2年中的主要成果作了简要介绍,包括采用一维模型研究脉管的最佳长径比,最佳混合工质的摩尔配比,以及锥形脉管制冷机的最佳锥角等问题。介绍了对回热器的2维模拟以及对脉管中的自然对流3维计算的主要结果。最后对于进一步发展脉管制冷机数值模拟方法问题提出了作者的见解。     

Noncontact measurement of the thermal diffusivity of IR semi-transparent and semiconducting n-CdMgSe mixed crystals by means of the photothermal radiometry

In this paper we present results of noncontact measurements of the thermal diffusivity of infrared semi-transparent n-CdMgSe mixed semiconductor crystals by means of the photothermal radiometry (PTR) in a transmission configuration. In order to overcome an influence of the infrared semi-transparency and plasma waves on the PTR signal from n-CdMgSe mixed crystals the samples were covered by thin aluminum foils on both sides. The thermal diffusivities of n-CdMgSe mixed crystals were estimated from PTR phase frequency characteristics using a well-known formula. It was found that the obtained results are underestimated in comparison to thermal diffusivities estimated from the PPE (photopyro-electric) measurements. A three layer model of a PTR signal was applied in order to estimate an error in determination of the thermal diffusivity of a sample caused by aluminum foils.     

Minority carrier recombination lifetimes in n-type CdMgSe mixed crystals measured by means of the photothermal infrared radiometry

Minority recombination lifetimes of n-type CdMgSe mixed crystals were estimated by using infrared photothermal radiometry (PTR) amplitude and phase frequency spectra. The results obtained by the PTR method indicate that the lifetimes of optically generated carriers in CdSe and Cd_xMg_1?xSe crystals are about 0.1 μs. The diffusion length of minority carrier in n-type CdSe single crystal was found to be 4.42 μm and it is in a good agreement with the literature value. It was found that with the increasing thermal-to-plasma component coefficient A the carrier concentration increases as expected from PTR theory.     

Investigation of reactive ion etch-induced damage in InP surfaces using a noncontact photothermal radiometric probe

Process-induced damage in epitaxial InP films following CH₄/H₂ reactive ion etching has been studied using a noncontact photothermal radiometric (PTR) probe. A significant shift in measured PTR amplitude as a function of applied bias voltage has been observed. Results are correlated with both Raman and photoluminescence measurements.     

Plasma turbulent reactors: An astrophysical paradigm

In this paper we develop a model system to describe some of the effects of a turbulent astrophysical plasma, in particular, its interaction with relativistic electrons and their radiation. This system is called a plasma turbulent reactor (PTR). We consider first of all the theory of an infinite PTR and show that in such a PTR the relativistic electrons will have a power-law energy distribution. We discuss the analogy between this power-law distribution and the Kolmogrov spectrum in hydrodynamic turbulence. We then discuss the parameter constraints on PTR theory and the applicability of the theory to astrophysical systems, such as galactic nuclei, pulsars, collapsing protostars, and solar flares.     

Continuous-wave diode-pumped laser action of Nd³⁺-doped photo-thermo-refractive glass

Laser action of the photo-thermo-refractive (PTR) glass, which is the photosensitive material for holographic recording of volume Bragg gratings (VBGs), was demonstrated for the first time by introducing Nd3?. Nd:PTR glass has a bandwidth of 27.8 nm and 16.0 nm for luminescence and absorption, respectively. An uncoated 2 mm thick Nd:PTR element generated cw laser output of 124 mW, with a slope efficiency of 25%, by laser diode pumping. This Nd:PTR glass also performed wide bandwidth laser action at 1053.9-1063.3 nm, where the decrease of the pump-absorption efficiency was held off below 30%, even under a 3.5 nm shift of pump wavelength from its absorption center.