Dynamic Experimental Study of a Multi-bypass PulseTube Refrigerator with Two-bypass Tubes

A dynamic experimental apparatus to measure the instantaneous velocity and pressure in the multi-bypass pulse tube refrigerator (MPTR) was designed and constructed. Some theortant experimental results of the instantaneous measurements of the velocity and the pressure in the MPTR with two-bypass tubes during actual operation are presented. The effects of the middle-bypass version on the dynamic pressure and mass flow rate at the cold end of the pulse tube are evaluated from experimental measurements.DC-flow phenomena are observed in this MPTR. The reasons of the multi-bypass version improved the performance of pulse tube refrigerator are given.

60 K直线型百赫兹脉管制冷机优化及实验研究

目前空间用红外探测器对工作温区和冷量的需求日益增长,在低温制冷机的轻量化方面提出了更高的要求。高频脉管制冷机因具备结构紧凑、轻便、低噪声以及高运行可靠性等特性,而被视为冷却红外探测器件的理想冷源。国内外对于60 K温区下100 Hz频率的脉管制冷机方面研究较少,工作频率均在50 Hz左右。为了满足空间红外焦平面阵列所需温区及冷量,本文设计并研制了一台小型直线型100 Hz高频60 K脉管制冷机,利用Regen3.3对关键部件-回热器进行了优化分析,得出回热器长度、填料丝网目数以及分层填充时的比例对回热器损失以及制冷系数的影响规律。基于Sage软件对脉管制冷机内脉冲管、调相机构等重要部件结构参数进行仿真模拟与优化设计,其中制冷机的冷指部分质量仅为1.5 kg。此外,通过搭建脉管制冷机测试系统,深入分析运行频率、水冷温度以及输入电功对脉管制冷机性能的影响。研究结果表明:当回热器内混合填充1∶1的400目和635目的不锈钢丝网时,脉管制冷机的性能达到最优。与单段惯性管调相相比,采用变径的多段惯性管可显著提高制冷机的制冷性能。实验结果显示:在输入300 W电功时,可以获得42.69 K无负荷最低温度;在60 K可以得到7.4 W的制冷量,整机相对卡诺效率为9.6%。研究结果为相同温区下小型高频脉管制冷机设计提供有益参考。

多路旁通脉冲管制冷机动态实验机理研究

We designed and constructed a dynamic experimental apparatus to measure the instantaneous velocity and pressure in the multi-bypass pulse tube refrigerator with two-bypass tube. DC-flow phenomena are observed from experimental results. The reasons of multibypass version improved the performance of pulse tube refrigerator were given.

脉冲管制冷机的程序模拟及验证

为了适应脉冲管制冷机实用化设计的需要，在热力学非对称理论的基础上，利用拉格朗日节点分析方法和有关回热器计算的经验公式，编制了一个可快速模拟和估算脉冲管制冷机性能的程序。该程序可模拟小孔型，双向进气型和多路旁通型等几种改进形式。计算结果与典型实验结果进行了比较，表明制冷量与压力参数均能较好地吻合。这表明程序所用模型的正确性，也说明这一计算程序达到了实用化的目标。

多路旁通脉冲管制冷机的理论与实验研究

多路旁通脉冲管制冷机的理论与实验研究王超，王苏清，周远（中国科学院低温技术实验中心北京１０００８０）关键词脉冲管制冷，旁通，理论分析，实验验证１前言脉冲管制冷机是利用压力周期性变化的气流在一根低导热率的管中振荡来完成制冷过程，它省去了常规回热式制冷机...

脉冲管制冷机直流损失机理实验研究

A dynamic experimelltal apparatus to measure the instantaneous velocity and pres-sure in the pulse tube refrigerator has been presenced. DC-flow rate airs evaluated from experimental measuremellts. The DC-flow is a kind of losses for pulse tube refrigerator.The reasons of multi-bypass version improved the performance of pulse tube refrigerator are given.

单直线压缩机驱动双脉管冷指的实验研究

为了在不同位置获得不同的制冷性能,设计了一台线性对置压缩机驱动两台同轴型脉管冷指的实验方案并搭建了试验台。通过实验研究两台脉管制冷机耦合的制冷性能。实验结果显示:两台设计相同的脉管冷指性能不同,经过耦合后制冷性能差异更大,可同时达到1.79 W@60 K和1.384 W@60 K制冷量。

缝隙回热器式脉管制冷机的数值分析

提出一种缝隙回热器式脉管制冷机 ,并进行了计算机模拟 .运用有限差分数值计算方法 ,对其进行了较全面的热力分析 ,着重讨论了一些运行参数和结构参数的影响 .

空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究

为冷却某空间用红外探测器,研制了一台斯特林型脉冲管制冷机。该制冷机为单级同轴型结构,整机重量4.5 kg,设计寿命5年。系统介绍了脉冲管制冷机系统结构及实验装置,测试了制冷机性能及其与杜瓦耦合后的降温特性曲线,实验结果表明,脉冲管制冷机在80 K可提供0—3 W制冷量,比卡诺效率11%,其制冷量可充分满足杜瓦组件的低温和长寿命的工程需求。

脉管制冷机单段和双段惯性管调相性能对比

与单段惯性管相比,双段惯性管更容易获得较大的调相角度,因此在脉管制冷机中得到越来越广泛的应用。本文建立了单段、双段惯性管数值模型,计算了不同结构尺寸下单段惯性管的调相能力,并对双段惯性管性能进行了详细的研究。结果表明,第2段惯性管会带来压力波和体积流之间更大的相位变化,第2段惯性管的长度比第1段长时更容易达到较大的调相角度。本文对模拟结果进行了试验验证,并且对1台脉管制冷机分别接单段和双段惯性管进行实验研究,在制冷量为4 W、温度为60 K的工况下,连接双段惯性管的制冷机的输入功下降了5.8%。

主动调相型脉管制冷机数值模拟与实验研究

设计了一台主动调相型斯特林脉管制冷机,采用线性压缩机作为脉管制冷机主动调相控制器(APC),连接于冷指热端出口。通过控制调相压缩机与驱动压缩机(PWG)间的位移相位角实现主动调相,从而调节质量流和压力波之间的相位关系,优化制冷性能。利用模拟软件进行数值模拟并进行实验研究。研究结果表明,定输入功下APC与PWG位移相位角为-110°及扫气容积比(PWG扫气容积/APC扫气容积)2.98时,无负载制冷温度最低,同时比卡诺效率最高,能够达到原惯性管型脉管制冷机同样的效率。

声功回收连管对脉管制冷机性能的影响

声功回收型脉管制冷机拥有更高的理论效率,其主要原因是回收了脉管热端的膨胀功。声功回收装置出口至压缩机出口之间的连管,对声功回收有着重要影响。通过理论分析,计算了连管阻抗对脉管制冷机性能的影响;建立了一维整机模型,通过改变连管结构参数,模拟了声功回收连管对脉管制冷机性能的影响,以及对回热器冷热端相位角的影响。研究发现,相同管径下连管越短,脉管制冷机性能越好。选择不同长度的连管进行了实验验证。结果表明,在相同的制冷能力下,随着声功回收连管长度的增加,压缩机输入的电功率明显增大。

基于REGEN的100 mm长回热器脉管制冷机优化设计与实验研究

根据已有研究,回热器长度100 mm的脉管制冷机在温度低于60 K时的性能较好。将一台已有的65 mm长回热器单级同轴型脉管制冷机改造为100 mm长回热器单机同轴型脉管制冷机,分析回热器长度对脉管制冷机性能的影响。基于REGEN软件对脉管制冷机回热器进行优化设计,通过改变回热器填料、压比、冷端相位角和充气压力,研究其对回热器性能的影响。在实验中进一步探索研究输入功、频率等对制冷机的最低制冷温度和比卡诺效率的影响。实验结果表明,在充气压力2 MPa,运行频率51 Hz,输入功809 W,制冷量60 W时,冷头温度109 K,制冷机的相对卡诺效率达到12.9%。

热压缩机驱动的脉冲管制冷机实验研究

本文介绍了一种新型热压缩机驱动的能获得液氮温区温度的脉冲管制冷机的实验研究结果.其是一种外燃加热式热能驱动的制冷机,可直接利用太阳能、工业余热或矿物燃料等的热能转换成压力波动驱动制冷机工作,具有结构简单紧凑、振动低、运行可靠等特点。文中设计了直线型脉冲管制冷机,进行了热压缩机与脉冲管制冷机的耦合实验,研究了不同频率及充气压力下脉冲管制冷机的工作特性,实现了用氦气做工质,充气压力1.2 MPa,压比1.30,加热功率1300W,工作频率5.6 Hz时,脉冲管制冷机最低制冷温度为70.4 K。

推移活塞脉管制冷机中温区性能的实验研究

推移活塞脉管制冷机是在脉管热端新增一个推移活塞作为调相机构,同时可以回收脉管内气体的膨胀功。通过实验方法,分析了定制冷量下,推移活塞脉管制冷机工作在中温区时,压缩机运行频率对冷头温度、相对卡诺效率等性能参数的影响,以及电机的性能特性。结果表明,在充气压力1.92MPa,运行频率54Hz,输入功224.5W,制冷量25.0W时,冷头温度在137.3K,制冷机的相对卡诺效率达到12.7%。

脉管制冷机回热器压力特性的实验研究

脉管制冷机回热器冷热端压比和压降的实验数据对回热器研究具有重要作用。为探究回热器冷热两端压比和压降的变化规律,基于实验室自制的直线型脉管制冷机的回热器冷热端压力特性测试平台,实验测量了回热器不同工况下的冷热端压比,分析了输入功对压力特性的影响,找出了频率、制冷温度对回热器压力特性的影响。实验结果表明:冷端压比实测值在1.11-1.14左右,输入功越大,冷热端压比越大;频率越大,冷端压比越大;冷端压比越高,制冷温度越低。