Performance Optimization for an Irreversible Quantum Stirling Cooler

The purpose of this paper is to study the optimal performance for an irreversible quantum Stirling cooler with heat leak and other irreversible losses. The relationship between the optimal cooling load and the coefficient of performance (COP) for the quantum Stirling cooler is derived. The maximum cooling load and the corresponding COP, as well as the maximum coefficient of performance and the corresponding cooling load are obtained. The experimental observation for the optimal region is provided.

全闭环柔性填网工艺在红外器件组装中的应用

斯特林制冷是红外探测器的主流制冷方式,回热器是实现斯特林制冷的关键部件。针对回热器组装工艺特点,分析了存在的问题,提出了研制全闭环柔性填网系统的必要性。阐述了该系统组成和设计原理,解决了精密地冲网和全闭环柔性填网核心技术,为红外探测组件的批量化生产及应用提供了重要支撑。

日本空间液氦温区低温技术的发展现状

介绍日本空间探测器中液氦温区低温技术的发展历程,大致可以分成3个阶段:超流氦杜瓦(湿法)、斯特林制冷机冷却超流氦杜瓦(半干半湿法)以及斯特林制冷机预冷J-T(Joule-Thomson)制冷机(干法).通过不断改进,制冷机的性能和可靠性稳步提高.日本依托一系列空间项目,用早期项目的经验为后续计划确定方向,在解决问题的过程中进步,可以为我国开发相关技术提供参考.

斯特林制冷机用于冰箱技术的发展优势

相对于常用的蒸汽压缩节流制冷冰箱系统,采用逆向斯特林循环自由活塞斯特林制冷机的新型冰箱具有高效率采用“绿色”制冷剂制冷温区广启动电流低制冷量易控等特点,在环保及节能方面具有明显的优势。论文结合自由活塞式斯特林制冷机自身特点,分析其用于小容量家用冰箱以及低温冷柜的优越性;介绍了国外斯特林冰箱的研究进展;

关键部件对自由活塞斯特林制冷机制冷性能的影响

实验测试了两种不同丝网蓄冷器的流阻特性及其对整机制冷性能的影响,表明在低温下需要设计小空隙率,而在高温区需要设计大空隙率.通过改变冷头材料,实验测试了冷头表面温度的变化情况.比较了不同制冷量下两种冷头的表面温差,表明制冷量越大,冷头材料导热系数对两者表面温差的影响越大.通过粘贴排出器垫块,改变冷端死容积.分析了死容积对整机性能的影响,在200 K温度以下,死容积越小,制冷性能越好,但在240 K以上的高温区,制冷性能受死容积的影响较小.

斯特林制冷机在红外系统中的应用

介绍了斯特林制冷机的分类,并对其在红外系统中的应用情况进行了具体介绍。

一款基于DSP的线性斯特林制冷机驱动控制电路设计

通过对斯特林制冷机驱动控制电路的设计计算和器件优选,设计了一款以DSP为核心,软硬件相结合,可实现功率和频率连续可调的高精度控制电路。介绍了电路的设计思想、电路组成及功能,以及实际电路的测试结果。电路具有较宽的功率和频率调节范围,可满足现阶段大部分线性斯特林制冷机驱动控制的需求。

自由活塞斯特林制冷机中静压气体轴承的探讨

现代长寿命特林制冷机几乎都采用间隙密封、直线电机驱动和柔性板弹簧支撑技术,特别是还采用静压气体轴承以弥补柔性板弹簧刚度不足的缺点,消除摩擦,提高其寿命。本文分析了长寿命自由活塞斯特林制冷机中静压气体轴承的结构和性能影响因素以及其对制冷机性能的影响,为以后的研究提供帮助。最后,提出了以后的研究方向和重点。

红外探测器组件制冷参数分析

全面深入了解红外探测器组件制冷需求对促进红外探测器组件应用具有重要意义。本文详细分析了红外探测器组件应用中和斯特林制冷机相关的技术参数,主要有红外探测器组件外形尺寸、重量、红外探测器工作温度、制冷时间、输入功率、控温精度、机械噪声、环境适应性和可靠性等,并结合工程实际应用,指出了红外探测器组件应用中斯特林制冷机选型要重点关注的问题以及红外探测器组件制冷参数设计方法,为更好地应用红外探测器组件提供参考。

斯特林制冷机中蓄冷器的程序化设计

通过对蓄冷器性能的综合研究,详细分析了蓄冷器性能的影响因素及其各种损失计算方法,参考国内外对蓄冷器的研究成果,总结了蓄冷器的设计方法,提出了蓄冷器设计的程序化方法,并运用迭代计算方法找到蓄冷器性能最佳的结构参数,达到了蓄冷器优化设计目的。

空间用高温超导滤波器与制冷机集成结构设计

介绍了准备投入空间试验用高温超导接收机前端中的高温超导滤波器与斯特林制冷机耦合集成结构设计。首先介绍了结构设计所考虑的因素及总体结构方案设计,然后对集成系统中重要零、部件从材料的选取、结构的详细设计,以及热力学和机械强度校核计算等方面将设计过程进行了介绍,通过理论分析结合以往设计经验,认为该设计能够满足试验要求。

新型谐振管耦合型双效斯特林制冷机的数值模拟

结合经典双效斯特林制冷机结构与热声理论,提出一种谐振管耦合型双效斯特林制冷机,采用声学谐振管耦合斯特林发动机与斯特林制冷机,从而实现热驱动制冷,具有结构简单、潜在效率高、可靠性高、绿色环保的优点,在小型天然气液化、冷电联供以及空间探测领域有较大的应用潜力。针对实验室现有发动机和制冷机的参数,采用模拟软件Sage搭建了计算模型,计算验证了该结构的可行性。计算结果表明,在充气压力为3 MPa,工作频率为50 Hz,发动机压比为1.3条件下,该系统在80 K的制冷温度可获得210 W制冷量,整机效率为11.3%。同时进一步探究了系统内声场分布和主要部件损失,研究表明回热器内部声场偏离行波声场,谐振管中粘性损失较大和制冷机输入声功偏小是当前整机效率较低的主要原因。如果进行合理的优化设计,此类系统可以实现25%以上的整机效率。

1W/80K@60℃分置式斯特林制冷机的研制

为满足红外系统的要求 ,设计和开发了一种低成本的分置式斯特林制冷机。压缩机结构为线性对动自由活塞型以降低振动 ,冷指为无气动腔的自由排出器结构。在环境温度为 6 0℃的条件下 ,实测性能指标达到 1.1W/ 80 K,整机重量为1.3kg,环境温度为 2 3℃时带 6 g紫铜热负载的降温时间小于 4分钟 ,对制冷机在 - 40℃～ +6 0℃环境温度范围内的性能进行了测试 ,并对高低温循环条件下制冷机的 MTTF寿命进行了摸底实验。文中还对该制冷机的测试结果进行了报道。

制冷机姿态变化对组件输出均匀性的影响

分置式斯特林制冷机是红外探测器组件常用的制冷方式,具有冷量大,寿命长等特点。本文以耦合分置式斯特林制冷机的长波576×6碲镉汞红外探测器组件为例,进行了姿态翻转时的探测器组件均匀性变化试验,表征斯特林制冷机在不同翻转姿态情况下对探测器组件输出非均匀性的影响,并提出了优化耦合尺寸以及驱动控制器的方法。

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.

两级预冷J-T制冷机的数值建模与分析

针对SPICA太空望远镜采用的两级斯特林制冷机预冷J-T循环获得4 K级冷量而建立了Sage模型,并用文献中的实验数据验证,基于此模型分析高压压力PH与末级预冷温度Tpre[2]对系统性能的影响。从耗功的角度来看,降低Tpre[2]和适当升高PH有利于增大J-T级的制冷量,但Tpre[2]的降低使预冷斯特林制冷机耗功增大;而PH的增高不仅使J-T压缩机耗功增大,而且实现困难,制冷系统的优化要选择合适的Tpre[2]和PH以使总耗功最小。此外,对循环进行了分析。

微型低温制冷技术的现状和发展趋势

介绍了目前典型的军用第二代、第三代焦平面探测器杜瓦制冷机组件中斯特林制冷机和节流制冷器的应用情况,从焦平面探测器芯片探测元尺寸的变化,提出了配接制冷机的冷指尺寸的变化,介绍了昆明物理研究所微型低温制冷技术的发展现状及微型低温制冷机向高可靠性、低成本、高工作温度的发展趋势。

低温风洞极低露点快速测量装置研制

露点是低温风洞运行的关键参数,为解决低温风洞极低露点(–100℃)测量中存在的响应速度低、量程小和精度不高的问题,在–80℃露点测量装置研究基础上,通过优化专用斯特林制冷系统性能,大幅缩短降温时间;采用具有内狭缝换热器的一体化镜面,提高镜面结露的均匀性,使得反射光强度阶跃特征点更清晰;测量光路上加装球面镜头,提高–100℃露点温区结露时光电信号的强度,保证测量的可靠性;采用基于周期法露点测量方法,避免镜面结露的平衡振荡过程,缩短露点检测周期,提高露点测试响应时间。测试结果表明,在–100℃露点温区时,实现±1℃的露点测量精度,从–90℃到–100℃露点温区的露点测试响应时间仅为12 min,可以满足低温风洞极低露点测试的需求。

斯特林制冷机回热器热损研究

讨论了回热器的各种损失对斯特林制冷机的影响,对斯特林制冷机回热器的结构和丝网填料进行了分析,并模拟分析各种损失的影响。研究表明,回热器的结构、丝网填料对制冷机的性能有重大影响。

大功率线性斯特林制冷机驱动电路设计

随着大面元、长线列红外器件更多应用于军事、航空等领域,对大功率线性制冷机的需求越来越大,使得大功率驱动电路的研制、开发与性能指标的提高变得更加急迫。本文重点介绍了采用FPGA为主控芯片,针对于大功率线性斯特林制冷机所设计的高控温精度驱动电路的功能与特点。经验证,采用此电路的控温精度达到±0.1 K以内,且具有较强的稳定性。