詹姆斯·韦伯太空望远镜低温制冷系统的发展历程

经过多次调整,计划将于2018年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope,简称JWST)中的中红外仪(Mid-Infrared Instrument,简称MIRI)低温制冷系统最终选用三级脉管制冷机预冷J-T(Joule-Thomson)循环的复合型低温制冷技术。详细介绍了该技术的发展历程,表明该复合型低温制冷技术已在空间任务中逐渐替代固氢或液氦杜瓦技术,以期为国家未来空间计划的实施提供借鉴。

一种逼近卡诺制冷效率的级联脉管法及其两级验证

理论分析表明,通过多级级联脉管组成的新结构,其理论制冷效率有望达到卡诺效率。给出了这样一种具有传输管声功回收装置的级联型脉管制冷机,传输管能将主级制冷机脉管热端压力波领先质量流的相位扭转为质量流领先压力波,同时实现能量最大化的传输,用以驱动次级制冷机。实验结果表明,两级级联型脉管制冷机在233K工作时,制冷效率比单级结构提高了33%。

电阻阵列冷却用脉管制冷机研制

为解决以电阻阵列器件为基础的动态红外景像产生器中的冷却问题,设计并研制了一台采用线性压缩机驱动的在223 K工作的脉管制冷机。实验结果表明:在500 W的电输入功下,制冷机的最低无负荷制冷温度为99.7 K,在232.8 K获得了181.3 W的制冷量,与理论预测制冷量189.4 W吻合良好,相对卡诺效率达到10.4%,工作对脉管制冷机在普冷温区的应用是一次有益的探索。

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.

单级回热器变工况优化设计

通过回热器数值计算程序REGEN深入理解回热器模型,计算回热器内部各项损失。基于各参数间的强弱关系讨论了回热器的优化设计流程。在此基础上,针对35 K、60 K和80 K温区及30~300 Hz频率,给出了回热器中质量流量、长度、填料以及充气压力对制冷效率COP的影响关系图,以期对回热器的工程实践提供指导。