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.

行波热声发动机驱动的脉管制冷机研究

通过改变热声发动机谐振直路长度,研究系统在不同工作频率下的性能。研究发现,在一定条件下降低频率可以显著改善脉管制冷机的性能。在工作压力为 2 7MPa,加热功率为 2 350W,工作频率为 45Hz时,双向进气型单级脉管制冷机获得了 80 9K的最低制冷温度,这是目前用热声制冷方法获得的最低制冷温度。

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。

液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机实验研究

优化设计并研制了一小冷量液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机,系统轴向长度仅为1.2 m。针对之前系统热效率较低问题,在数值计算的指导下,对高频驻波热声发动机的板叠流道尺寸和热腔进行了优化,并对声压放大器进行了调整。采用4.0 MPa氦气为工质,在发动机端加入750 W加热量获得了68.3 K的最低制冷温度,这是目前国际上报道的高频热驱动脉冲管制冷机的最低制冷温度。加入500 W加热量时,制冷机获得了76.9 K的无负荷最低制冷温度,在80 K时有0.2 W的制冷量。

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.

高频脉冲管制冷机流动特性实验分析

系统的测量了不同运行条件下,高频脉冲管制冷机蓄冷器冷端压力波幅值、速度波幅值以及它们之间相位差的变化规律。结合焓流理论,解释了小孔开度、充气压力、压比和运行频率,在高频条件下对制冷性能的影响规律。所得结果定性解释了制冷机中相应的实验现象,对于高频脉冲管制冷机的机理理解和实验研究有重要指导意义。

高频脉管制冷机的研究进展(上)

介绍了斯特林脉管制冷机(高频脉管制冷机)国内外最新研究现状以及发展趋势。分析了由于高频脉管制冷机的效率可以达到甚至超过斯特林制冷机,从而在空间领域、红外传感器件和高温超导器件的冷却领域获得广泛应用。指出了线性压缩机是高频脉管制冷机的重要部件之一,提高线性压缩机的性能及机械寿命是提高高频脉管制冷机性能和寿命的一条重要途径。

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。

高效脉冲管制冷机性能及冷头方向性影响研究

本文介绍了一套高频同轴脉冲制冷机在低功率输入条件下的性能特性,研究了减弱冷头方向性影响的方法．该制冷机采用中科院理化所自制的2cc线性压缩机驱动,输入功率30W,冷头垂直向下放置时,冷头的无负荷最低温度为58．9 K,在80 K可提供0．7 W的制冷量。

高频脉管制冷机的研究进展(下)

介绍了斯特林脉管制冷机(高频脉管制冷机)国内外最新研究现状以及发展趋势。分析了由于高频脉管制冷机的效率可以达到甚至超过斯特林制冷机,从而在空间领域、红外传感器件和高温超导器件的冷却领域获得广泛应用。指出了线性压缩机是高频脉管制冷机的重要部件之一,提高线性压缩机的性能及机械寿命是提高高频脉管制冷机性能和寿命的一条重要途径。

高频线性斯特林制冷机的性能测试和分析

线性压缩机 SL 4 0 0用于红外探测器及超导应用的高频同轴式脉管制冷机的研制。在不同的输入功率、不同的工作频率下 ,测试了 SL 4 0 0型压缩机驱动 SL 2 0 0型及 SL 10 0型斯特林制冷机冷指的制冷性能。输入功率在 10 W～ 10 0 W范围内调整 ,输入功率为 5 0 W时 ,在 4 0 Hz～ 6 0 Hz变化压缩机的工作频率 ,测试和计算制冷机的 COP系数及压缩机的效率。对制冷机冷指不同放置方向时的制冷性能作了测试 ;比较了散热片风冷及水冷情况下制冷机的性能 ;得出了 SL4 0 0型压缩机的工作特性。

多管点火脉冲爆震发动机测控系统设计

根据多管点火脉冲爆震发动机工作原理及实际工作中对移动性、安全性、快速频率调节、便携性、消除控制器对发动机推力测试影响等方面的要求,设计出基于Lora无线通讯的多处理器脉冲爆震测控系统。详细阐述了测控系统整体方案,本地高速信号采集、存储及数据导出及点火控制方案。长期试车表明,该测控系统能够实时精准进行8管脉冲爆震发动机的协调控制,动态调节工作参数,高速实时采集爆震管信息,试车时操作人员在观察室远程操作,消除PDE工作过程中产生的爆炸强声对人体造成的伤害,具有移动便携、集成度高、操作方便、稳定可靠等特点。

热声驱动脉管制冷装置波长数的计算和实验验证

讨论了预测热声装置频率和波长数的意义和方法 ,给出了双边气库型和混合气库型热声装置的频率和波长数的计算结果 。

采用纤维毡填料的300Hz两级脉冲管制冷机研究

高频脉冲管制冷机具有较高的能量密度和比功率,具有重要的发展前景。本文对采用纤维毡作为回热器填料的300 Hz两级脉冲管制冷机进行了数值模拟。首先优化了系统尺寸,考察了系统平均压力与制冷机入口压比对系统性能的影响;重点研究了不锈钢纤维毡的丝径和孔隙率对制冷机性能的影响,并且将最优尺寸下不锈钢丝网和纤维毡作为填料时对制冷机性能影响进行了对比。当制冷机入口压比为1.2时,纤维毡作为回热器填料的系统获得了26.4 K的无负荷冷头温度,相比丝网作为填料的系统下降了近10 K,此时不锈钢纤维毡丝径为8μm,孔隙率为85%。

100Hz级脉冲管制冷机整机特性研究

脉冲管制冷机在更高频率下操作有利于系统体积的减小,同时也提高了能量的密度。本文首先介绍了直线压缩机驱动直线型脉冲管制冷机的整机计算模型,对于惯性管进行了湍流修正后的阻抗相位分析,结果表明频率越高,湍流影响越小。在100Hz下,整机取得了12.4 W的制冷量,冷头温度到达31.8 K,整机相对卡诺效率18.4%,已经十分接近于30～60 Hz下的脉冲管制冷机性能。实验结果同时表明频率对制冷机及压缩机性能均有明显的影响。

300Hz级电驱动脉冲管制冷机特性研究

脉冲管制冷机在更高频率下运行能够大幅提高能量密度,有利于系统体积与质量的减小。据此本文开展了300Hz级超高频电驱动同轴脉冲管制冷机的研究。首先分析了直线压缩机与制冷机匹配特性,通过调节前腔体积,使得压缩机在280 Hz附近谐振,并能够提供制冷机运行所需压比。实验中取得了最低无负荷冷头温度63.3 K,在80 K获得了1.0W的制冷量,消耗声功约为44 W,以声功计算相对卡诺效率达到6.2%。实验中系统考察了整机性能随惯性管长度、运行频率和平均压力的变化趋势。

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。