100Hz级脉冲管制冷机整机特性研究

脉冲管制冷机在更高频率下操作有利于系统体积的减小,同时也提高了能量的密度。本文首先介绍了直线压缩机驱动直线型脉冲管制冷机的整机计算模型,对于惯性管进行了湍流修正后的阻抗相位分析,结果表明频率越高,湍流影响越小。在100Hz下,整机取得了12．4W的制冷量,冷头温度到达31．8K,整机相对卡诺效率18．4％,已经十分接近...     

基于超音速两相膨胀的新型CO2制冷循环研究

提出了一种基于超音速两相膨胀的新型CO2制冷循环,开展热力学分析和模拟计算.结果 显示:在空调温区工况,新型CO2制冷循环COP较现有性能相对最优的CO2跨临界制冷循环COP提升了63.2％,且系统运行高压大大降低;自然工质气体添加剂对循环性能有较大影响,加入C2H6和N2后制冷温度更低,加入C2H6可提高相对卡诺效率,且随加入量的增加,效果越显著,当加入30％的C2H6时,可获得最大相对卡诺效率为0.93,较单一CO2的相对卡诺效率提高了26％,而加入N2则降低相对卡诺效率;超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对循环性能有较大影响,可调节以上参数提升循环制冷表现.研究表明:新型CO2制冷循环具有较好的原理可行性,为CO2有效利用、人工合成制冷剂替代、CO2高效制冷提供一种可能的参考.     

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。     

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。     

基于超音速两相膨胀器的新型CO2热泵与制冷循环研究

综合性能优异的自然工质CO₂在改善环境问题方面具有重要作用。基于环保安全的CO₂,采用制冷效率较高、结构简单、无运动部件的超音速两相膨胀器作为膨胀降温装置,构建新型CO₂热泵与制冷循环,对新循环进行热力学分析和模拟计算研究。结果显示,理想的热泵循环最大热泵系数COP_h为5.83、最大制冷系数COP_c为4.90,展现出良好的制热制冷性能;空调温区工况,新型CO₂制冷循环COP_c为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO₂跨临界制冷循环COP的1.63倍,且系统运行压力降低,安全性可靠性提高;冰箱温区工况,COP_c随STPE入口压力的增大稳定在3.5附近,相对卡诺效率保持在0.78左右。研究表明,基于超音速两相膨胀器的新型CO₂热泵与制冷循环具有一定的发展潜力,为CO₂利用提供一种可能的参考。     

冷凝泵型稀释制冷机实验研究

极低温(<1 K)环境对于凝聚态物理、天文观测和量子计算等前沿领域具有重要意义,其中稀释制冷是应用最广泛的极低温制冷技术.针对小冷量应用的冷凝泵型稀释制冷机利用冷凝泵实现³He的低温循环,无需复杂的机械泵组和连接气路,具有结构紧凑、操作便利、成本低等优势,从而成为新的研究热点.本文围绕冷凝泵型稀释制冷机,介绍了其制冷原理和系统架构,设计并搭建了预冷系统、稀释低温系统和测量系统,并对整机进行了实验研究.辅助多测温点测量系统,通过多次实验总结了稀释低温循环过程,由吸附制冷机预冷、稀释循环启动和稀释制冷三个阶段组成,并且分析了系统启动和运行特性.经过测试,实验最低温度可达108 mK.该制冷机可以很方便地拓展低温平台的制冷温区,为凝聚态物理、材料、医学研究等前沿领域提供重要支撑.     

三种垂直埋管土壤热交换器冬季供暖的实验对比研究

本文提供了测量垂直埋管土壤热交换器换热量相对精确数据的实验过程,并对高密度聚乙烯单U型管、高密度聚乙烯 不锈钢单U型管、高密度聚乙烯双U型管三种管型布置进行了实验对比研究。对在北京南部自主建立的地源热泵实验系统的垂直土壤热交换器的换热量、土壤热交换器的进出口水温、三种管型布置供水温度的下降速率进行了实验和分析,相信本文结果对于地源热泵理论研究及工程设计具有一定的参考价值。     

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。     

液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机实验研究

优化设计并研制了一小冷量液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机,系统轴向长度仅为1.2 m.针对之前系统热效率较低问题,在数值计算的指导下,对高频驻波热声发动机的板叠流道尺寸和热腔进行了优化,并对声压放大器进行了调整.采用4.0 MPa氦气为工质,在发动机端加入750 W加热量获得了68.3 K的最低制冷温度,这是目前国际上报道的高频热驱动脉冲管制冷机的最低制冷温度.加入500 W加热量时,制冷机获得了76.9 K的无负荷最低制冷温度,在80 K时有0.2 W的制冷量.