分离型两级脉冲管制冷机的实验研究

】脉冲管制冷机的实用化是目前脉冲管制冷机的一个主要研究方向。文中介绍了作者为提高脉冲管效率而研究的一种分离结构的两级脉冲管制冷机。实验获得了１１．７Ｋ的最低温度，制冷量３Ｗ／２０Ｋ。采用名义功率２．２ｋＷＧ－Ｍ压缩机驱动得到了１２．４Ｋ的最低温度，制冷量２Ｗ／１８．５Ｋ，４Ｗ／２４．６Ｋ，实际输入功率约１．５ｋＷ。这一结果已基本达到了实用化应用的要求。

斯特林型高频脉冲管制冷机的现状与样机研制

首先介绍了国际上高频脉冲管制冷机的研究现状及未来发展趋势 ,表明高效高频脉冲管制冷机的产品和样机在国际上已日趋成熟。然后简要介绍了作者近几年在德国研制的高频脉冲管制冷机样机的性能和特点。作者获得的性能和国际上最好性能的比较表明 。

热耦合型二级高频脉冲管制冷机实验研究

降低制冷温度至4 K温区是高频脉冲管制冷机的最新发展要求。本文介绍了一套热耦合型二级高频脉冲管制冷机的性能特性,它可以达到低于15 K以下的最低温度,是目前报道的高频二级脉冲管制冷机能获得的最低温度．通过对制冷机一级预冷、二级输入功率、二级冷量、室温条件等影响的分析,从实验角度揭示了该二级制冷系统的复杂影响,为进一步的深入分析和改进提供了基础。

液氮温区25 W高频轻量化脉冲管制冷机调相实验研究

在轻量化的前提下实现大冷量制冷是脉冲管制冷技术发展的一个重要趋势。研制了一台整机质量仅5.7 kg的液氮温区同轴型高频脉冲管制冷机,介绍了其主要结构的设计参数与制冷性能。经惯性管调相优化,当热端温度为293 K、运行频率为74 Hz、输入功率为500 W时,制冷机可以在80 K温度下产生25 W制冷量。通过实验研究了压缩机效率、冷指的相对卡诺效率、冷指入口处质量流与压力波的相位差等随惯性管尺寸及频率的变化关系。分析表明,当压缩机最优工作频率与冷指最优工作频率接近时,整机效率最高,此时冷指入口处质量流领先压力波相位角30°。

斯特林型脉冲管制冷机的最新进展

介绍了斯特林型脉冲管制冷机在理论分析和实用化方面的进展。与斯特林制冷机相比 ,由于低温端没有运动部件 ,脉冲管制冷机在寿命、可靠性和振动等方面有明显的优势 ,同时直流现象的发现和对它的抑制 ,以及双向进气、长颈管等调相机构的应用 ,使得斯特林型脉冲管制冷机的效率也可以达到或超过斯特林制冷机 ,从而使斯特林型脉冲管制冷机在空间。

GM型脉冲管制冷机热力学损失分析

对 GM型脉冲管制冷机及其旋转阀系统进行热力学分析 ,针对脉冲管内压力波为正弦波形的情况 ,推导出了制冷系数 ( COP)的理论公式 ,给出了 COP的定量结果 ,并与斯特林型脉冲管制冷机进行了对比。结果发现 ,由于气体在旋转阀中的不可逆损失 ,使得压缩机功耗增大 ,降低了 GM型脉冲管制冷机的 COP。双向进气的效果取决于温降比 ,在较低的制冷温度 (较大的 TH/ TL)

用于冷却HTc SQUIDs的脉冲管制冷机系统的设计分析

设计出一套以冷却HTc SQUIDs(高温超导量子干涉仪)为目的的基于Stirling型同轴脉冲管制冷机的低噪声低温系统并进行了系统化的试验。为消除制冷机产生的复杂干扰并实现与器件的直接耦合,所有处于SQUIDs拾波线圈附近的制冷机部件都由无磁、非金属和电绝缘的材料制作。详细描述了制冷机部件材料的选择以及制冷系统的设计与优化,并对系统的综合性能进行了分析与评价。初步试验显示系统的制冷性能和干扰特性满足冷却HTc SQUIDs的基本要求。

斯特林型脉冲管制冷机中压缩机与冷指耦合实验研究

从理论上分析了质量流和压力波对脉冲管制冷机中冷指和压缩机耦合的影响,针对1台6W/95K斯特林型脉冲管制冷机行了具体研究。实验分析表明:只有当线性压缩机能够提供脉冲管冷指所需的压力波动和质量流量时,整机才可能取得较好的性能;运行频率和整机的输入功率对压缩机效率的影响都小于2%。

U型脉冲管制冷机中冷头连接管的影响

研究了U型脉冲管制冷机冷头连接管直径、连接管长度、连接管两端锥管长度和脉管导流结构参数对制冷性能的影响,计算分析了连接管最佳参数随制冷温度、压比的变化情况。结果表明,连接管的直径对制冷性能具有显著的影响,并且存在最佳直径;连接管长度、压比和制冷温度的变化将对连接管最佳直径产生一定的影响;层流时,脉管导流结构中较小的丝网目数对制冷性能有改善,连接管两端设置较短的锥管对制冷性能有提高。

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析，采用输出功率 3 kW的压缩机在 80 K时得到了 35 W的制冷量，并提出了改进方案；搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台，采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头。实验表明改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键技术。

行波型热声制冷机及混合工质的实验研究

行波型热声制冷机 ,因采用热声发动机驱动脉冲管制冷机 ,使消除低温制冷机中的运动部件成为可能。作者建立了行波型热声制冷机实验装置 ,采用氮气、氦气及其混合气进行了行波型热声发动机与脉冲管制冷机的配合实验 ,获得 73 .8℃的最大温降。着重研究了热端气体温度、压力振幅和冷端温降的变化规律。

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析 ,对脉冲管制冷机制冷功率的提高提出了改进方案 ,搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台 ,在实验中首次采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头 ,对这种换热器的效率在不同实验条件下进行了计算 ,并通过实验验证了这种新型换热器在脉冲管制冷机中应用的可行性。实验表明 :改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键问题。在使用烧结换热器的单级脉冲管制冷机实验台上 ,采用输出功率 3k W的压缩机在 80 K时得到了 35W的制冷量 ,在效率上属国内领先水平。

行波型热声发动机与脉冲管配合的实验研究

采用热声发动机驱动脉冲管制冷机 ,使彻底消除低温制冷机中的运动部件成为可能。作者研制了行波型热声发动机驱动脉冲管制冷机实验台。进行三个脉冲管与行波型热声发动机的配合实验 ,着重研究了热端气体温度。

60K大冷量同轴型脉冲管制冷机的设计与优化

针对红外、超导应用的迫切需求,本文对工作温度为60 K的同轴型脉冲管制冷机进行优化设计。对调相机构的不同组合进行实验研究,获得了该脉冲管制冷机的最佳调相方式;对蓄冷器内丝网的填充方式进行研究,确定了60 K制冷机中蓄冷器丝网的填充方式。制冷机在输入功率250 W,热端温度310 K时,在60 K可以获得5.71 W的冷量,相对卡诺效率达到9.52%。

二级气耦合斯特林型脉冲管制冷机研究

研制了一台二级气耦合型高频脉冲管制冷机,两级均为同轴结构,使用单个线性压缩机进行驱动。考察了二级低温双向进气对制冷性能的影响,结果表明,二级低温双向有助于获得更低的制冷温度,但并不利于更高制冷量的获得。目前,在输入电功450 W时,不使用低温双向进气时,最低温度10.3 K,在20 K的制冷量为600 mW;使用低温双向进气后,无负荷最低温度9.4 K,在20 K的制冷量为400 mW。此外,还对二级长颈管、充气压力、频率和热端温度的影响进行了考察分析。

60K单级高频同轴脉冲管制冷机性能研究

设计出60 K温区2 W冷量级别惯性管型单级高频同轴脉冲管制冷机并进行了系统试验,分析研究并获取了最优工作频率和最佳的蓄冷器与脉冲管长度匹配及布置。制冷机典型试验性能为在91 W压缩机输入电功和300 K散热温度的条件下,在60 K获取2 W净制冷量,在60 K的比卡诺效率达到8.8%。