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。

35K两级高频脉管制冷研究:Ⅰ.理论分析

针对空间35K温区探测器的冷却需要，基于回热器数值计算软件REGEN3．2，成功设计了一台两级高频脉管制冷机．该制冷机采用热耦合的级间布置和惯性管调相方式，其中第二级脉管热端的惯性管和气库置于第一级脉管的冷头下，即冷惯性管，较好地解决了第二级脉管内小声功流条件下相位调节的难题．给出了第二级脉管制冷机的详细设计方法，讨论了第二级回热器填料、长度、充气压力对脉管制冷机性能的影响．计算表明，在80～35K，40Hz下，采用500目不锈钢丝网作为回热器时的制冷性能优于铅丸回热材料，充气压力在1．25MPa下可以获得较好的制冷性能．

线性压缩机驱动的80K单级脉管制冷机设计与实验研究

结合美国标准与技术研究院(NIST)的回热器计算软件REGEN3.2,成功设计了1台单级斯特林型脉管制冷机。采用惯性管调相,在2.5 MPa充气压力和60 Hz频率下,获得无负荷制冷温度59 K。在压缩机输入电功率为250 W时,80 K获得了3.8 W的制冷量,与设计计算结果吻合得较好。

20 K低温制冷机回热器结构设计

20 K温区高效制冷是目前空间探测任务制冷的关键需求之一,斯特林/脉管复合制冷机是实现20 K温区高效制冷的重要技术手段。回热器作为复合制冷机的核心部件,其性能对制冷机的整机性能有决定性的影响。合理的设计方法和流程可以保证回热器的性能。20 K温区时回热器工质氦气和填料的物性与较高温区,如80 K温区,相比有很大区别,因此,不能简单套用较高温区回热器的设计方法,须对工作在20 K温区的回热器进行专门的结构设计。本文应用回热器模拟软件Regen3.2,设计了一个冷端温度为20 K的回热器,并对平均压力、相位角、冷端压比、填料种类等参数进行了优化,经过优化设计的回热器的COP超过0.035,20 K下制冷量为0.5 W。本研究为后续20 K温区高效斯特林/脉管复合制冷机的开发打下了基础,也为之后同类型回热器的设计提供了参考。

基于Regen 3.2对斯特林制冷机回热器的优化

星载牛津型斯特林制冷机具有长寿命、高可靠性等特点,已经广泛应用于卫星红外对地探测器的冷却系统,应用回热器模拟软件Regen3.2,在回热器尺寸已确定的情况下对某星载斯特林样机回热器结构参数以及冷端质量流、回热器平均压力、运行频率、冷端压比等运行参数进行优化,以提高制冷效率及制冷量。