A 300 Hz high frequency thermoacoustically driven pulse tube cooler

This article introduces the latest progress of a 300 Hz thermoacoustically driven pulse tube cooler. Based on the experience of former experiments, improvements have been made in the standing-wave engine, pulse tube cooler and their coupling mechanism. An inlet pressure ratio of 1.248 was obtained with the mean pressure and heating power of 4.13 MPa and 1760 W, respectively. A lowest no-load temperature of 69.5 K has been reached under this condition. This is the first time for thermoacousti- cally driven pulse tube coolers to reach the temperature below 70 K with such a high frequency.

10K单级脉管制冷机性能研究

20K温区大功率低温制冷机在超导体冷却、液氢无损贮存和低温泵等方面有着广阔的应用前景。为了探索单级脉管制冷机的极限制冷温度同时提高脉管制冷机在20K温区的制冷量,本文开展了计算模拟和实验研究。回热器模拟软件REGEN3.2的模拟结果显示,在不同的冷端质量流量下,单级脉管制冷机所能达到的最低制冷温度均为9.5K。在此基础上,本文设计了一台单级脉管制冷机,对回热器冷端10～80K温区的回热材料作了进一步优化。采用由不锈钢丝网、铅丸和稀土磁性蓄冷材料Er3Ni构成的复合式回热器,该单级脉管制冷机获得了10.9K的最低制冷温度,这是目前公开报道的单级脉管制冷机最低制冷温度。该制冷机在20.9K可获得20W的制冷量或在29.9K可获得40W的制冷量,输入功率为7.5kW。

300Hz脉冲管制冷机特性研究

从实验和数值计算两个方面研究了1台工作频率为300 Hz的单级脉冲管制冷机的制冷特性。实验方面,验证了平均压力、入口压比、惯性管长度以及均流化元件对其制冷性能的影响,该制冷机在平均压力为3.96 MPa、入口压比为1.21时获得了79.6 K的最低制冷温度;数值计算方面,基于线性热声理论的模拟结果与实验结果进行了比较,以验证程序的有效性。

热声发动机驱动的脉管制冷机模拟及实验研究

基于回热器计算软件REGEN3.2,通过数值模拟分别研究了热声发动机的频率、输出压比、充气压力以及脉管制冷机的回热器长度对热声驱动的脉管制冷机制冷性能的影响,并预测了该台脉管制冷机的最低制冷温度为45 K.实验研究了不同工质、热声发动机输出压比、声功输出装置以及脉管制冷机回热器长度对脉管制冷机性能的影响.实验结果表明,热声驱动的脉管制冷机的优化方向为提高热声发动机的输出压比、降低频率以及适当提高充气压力,这与数值模拟结果吻合较好.实验采用氮气-氦气双工质并以亥姆霍兹共鸣器作为声功输出装置和声压放大器,行波型热声发动机驱动的单级斯特林型脉管制冷机获得了65 K的最低制冷温度.

行波热声发动机加热器改进及其驱动脉管制冷机系统实验研究

对自行研制的行波型热声发动机中的核心部件加热器进行了改进。采用改进的热声发动机驱动单级小孔型脉管制冷机 ,以氦气为工质 ,在充气压力为 2 2MPa的条件下 ,获得了 110K的最低制冷温度。通过对实验结果的分析 ,着重阐明了热声发动机和脉管制冷机之间的频率匹配问题及其改进途径 ,为进一步深入研究指明了方向。

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。

一种高频热驱动脉冲管制冷机不稳定现象的研究

报道了一种高频驻波热声发动机驱动脉冲管制冷机的热声不稳定现象。通过实验对此种热声不稳定现象的产生原因进行了探讨,发现增加加热功率或缩短声压放大器可以抑制此种不稳定现象;理论方面主要通过快速傅立叶变换对不稳定的压力波形进行分析,对其产生原因进行了初步分析。

80 K温区的小型行波低温热声制冷机

热声制冷机由于结构简单、无运动部件,具有广阔的应用前景。本文在已有的小型行波热声发动机的基础上,开展了热声制冷的工作。利用线性热声理论对制冷机进行数值模拟,并对制冷机的各热声元件优化。优化后,系统整体装配横向尺寸仅0.5 m,在充气压力3 MPa,发动机输入功率384 W的条件下,达到了80 K的无负载温度。由于本制冷机由行波型热声发动机驱动,并且是通过线性热声理论优化,因此称之为小型行波低温热声制冷机。