He-H_2 mixture and Er_3NiH_χ packing for the refrigeration enhancement of pulse tube refrigerator

The computation with the theory of modified Brayton Cycle indicates that higher cooling power and coefficient of performance for a pulse tube refrigerator can be achieved with He-H2 mixture as working gas than those with pure He in the temperature region of 30 K. In addition, it is found that Er3Ni, a regenerative material, is able to absorb H2 and produces Er3NiHx. The computation presents that the regenerative performance of Er3NiHx is better than that of Er3Ni due to its higher volume specific heat. Experimental results show that the pulse tube refrigeration performance in 30 K temperature region is enhanced greatly with He-H2 mixture and Er3NiHx packing.

Gas Flow in Unilateral Opening Pulse Tubes Based on Real Gas Equation of State

The real gas effect is dominant at high pressure and low temperature, and it is modeled by complex equations of state other than perfect gas law. In the vicinity of liquid-vapor critical point, the real gas exhibits unusual gas dynamic behavior. In the present work, a transient wave fields in unilateral opening pulse tube is simulated by solving the Navier-Stokes equations incorporated with the Peng-Robinson thermodynamic model. The computational fluid dynamics （CFD） results show a remarkable deviation between perfect gas model and real gas model for contact interface and shockwave. The wave diagram based on the real gas model can help to solve the problem of offset design point.

混合工质脉管制冷的热力学性能预测

提出了用于预测混合工质脉管制冷热力学性能的改进型Brayton制冷循环 ,建立了制冷系统制冷量和制冷系数COP的理论表达式。在对多种低温流体的预测计算的基础上 ,提出了具有应用潜力的混合工质对。计算结果表明 ,如果用10 %氮与 90 %氦的混合工质对代替纯氦 ,脉管制冷机在 80K温度下的制冷系数和制冷量分别可以提高 9 5%和 6 7%。此外还讨论了其它可能用于 80K温区脉管制冷的混合工质对 ,如氢 氦、氩 氦、氖 氦混合物等。

混合工质在脉管制冷机中的可能应用

提出了采用合适的混合工质代替纯质氦以提高脉管制冷机在８０Ｋ温区制冷量的新构思。概述了国外在制冷循环、天然气液化及Ｊ－Ｔ节流制冷中应用混合制冷剂从而提高系统热力学效率的研究成果，及国内对混合物低温制冷性质的研究进展情况，进一步论证了混合工质应用于脉管制冷机的可行性。

氢氦二元混合工质脉管制冷机实验研究

】首次采用氢氦二元混合工质在脉管制冷机中进行了实验研究。试验结果表明：在其它运行参数不变的情况下，采用氦氢二元混合工质可以提高脉管制冷机在８０Ｋ温区的制冷量，当氢的摩尔浓度为２０％时，其制冷量比纯质氦提高了约１０％。

二元混合工质脉管制冷特性研究

从制冷工质角度，在理论上分析了采用混合工质代替纯质氦以提高脉管制冷机在８０Ｋ温区制冷性能的可能性。初步的分析得到了两组二元混合工质对，一组在８０Ｋ温区附近依旧保持气态，如氦—氖、氦—氢、氢—氖；另一组在８０Ｋ温区附近处于气液两相，如氦—氮、氢—氮、氖—氮，其中，氮气的摩尔组分小于１０％。为进一步的理论和实验研究打下了基础。

混合工质脉管制冷机性能的数值模拟

开发了适用于混合工质的脉管制冷机的计算程序。利用此程序对应用混合工质提高脉管制冷机的制冷性能进行了研究 ,发现当混合工质采用氦气和氢气 ,且处于合适的配比下 ,可以进一步改进脉管制冷机的制冷性能。给出了当混合工质最佳配比时 ,脉管制冷机内热力参数的瞬时变化及一周期的循环参数。用该计算程序可以获得混合工质脉管制冷机内复杂过程的详细信息 。

采用二元混合工质的脉管制冷机实验研究

首次在80K温区脉管制冷机中采用混合工质进行了实验研究，实验结果表明，在其它运行参数不变的情况下，在氦氢二元混合工质中，当氢的摩尔浓度为20％时，可获得比纯质氦高的制冷量。

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。

微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究

进行了微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究。系统运行参数的优化试验结果表明,不同的氢氦配比下,微型同轴脉管制冷机系统的最佳运转频率为15.5～17.2 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。气库小孔阀和双向进气阀均存在最佳开度,在试验系统中气库小孔阀最佳开度为70°,双向进气阀最佳开度为30°。同时,氢氦混合工质的试验结果表明,在其他运行参数不变的情况下,随着氢气摩尔分数的减少,系统最低制冷温度逐渐降低,当氢气摩尔分数小于20%时,系统最低制冷温度接近纯氦水平。在100～120 K温区,氢氦混合工质能提高系统的制冷量,当氢气摩尔分数为20%时, 系统制冷量比纯氦时提高了13.5%～16.5%。

氦氮二元混合工质脉管制冷特性实验

进行了氦氮二元混合工质在单级脉管制冷机中的实验研究。实验结果表明 ,氮组分在 3%～ 2 5 %范围内的氦氮混合工质都可以提高脉管制冷机的制冷性能 ,实验中观察到了氦氮混合工质在制冷过程中存在气 液相变和液 固相变温度 ,并得到氮组分在其三相点附近的温度平台。

微型同轴脉管制冷机最低制冷温度影响因素的实验研究

本文对微型同轴脉管制冷机最低制冷温度的影响因素进行了实验研究。试验结果表明:在其他运行参数不变的情况下,随着氢浓度的逐渐减少,最低制冷温度也逐渐降低,当氢的摩尔浓度小于20％时,其最低制冷温度和纯氦相差不大。不同的氢氦配比下,该脉管制冷机的最佳运转频率为16.7 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。