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.

双温区脉管制冷机的制冷量主动调控策略

针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,实现80 K和40 K双温区制冷量主动调控.数值计算结果显示,调相器相位差对高温区制冷量影响较大,调相器振幅和相位差对低温区制冷量均有明显的影响.实验结果表明,采用基于主动控制调相器活塞运动特性的调节策略,80 K温区制冷量可以在9.2~23.7 W内主动调节,40 K温区制冷量可以在3.2~4.5 W内主动调节.

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.

脉冲管制冷机内部交变流动过程实验研究 第二部分 实验结果分析与讨论

对一台小孔型脉冲管制冷机内部动态流动过程进行了系统的实验研究。在准确测量脉冲管制冷机蓄冷器热端和脉冲管热端的压力波和速度波曲线的基础上 ,对其进行傅里叶分析 ,得到波动曲线的基本参数 ,包括幅值和相位等。系统研究了各种条件和工况 (包括运行频率、充气压力、小孔开度、压缩机出口压比等 )对脉冲管制冷机内部压力波和速度波的幅值与相位的影响规律。实验结果对于脉冲管制冷机的机理理解、设计和调试有着重要的意义。

双向进气型脉冲管制冷机环流损失实验分析

对一典型的双向进气型脉冲管制冷机的动态压力、流速和温度的实验测量结果进行了详细的分析，得到了动态压力和质量流量之间的振幅和相位关系以及脉冲管内部冷头截面的质量流量。计算了环流量的大小和比例；分析了该环流损失机理；指出多路旁通进气方案可以减小环流损失，提高脉冲管制冷机的制冷性能。

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%。

压比对回热器性能影响的理论分析

采用谐波分析法,对回热器进行了模拟。针对热声发动机与线性压缩机输出压力波特性的不同,分析了输入压比对回热器性能的影响。计算了给定输入声功率、不同输入压比条件下回热器的优化尺寸,可为脉管制冷机回热器的优化设计提供参考。

脉管制冷机的线性气流速度分析法

在焓流理论的基础上提出脉管制冷机的线性气流速度分析法，该方法着重求解脉管内气流速度的幅值和相位，给出的公式简单，概念直观，计算量少。对基本型、小孔型和双向进气型脉管进行了分析，获得的结果与数值模拟结果相似，说明了这是一种行之有效的分析方法。

脉管制冷机整机的数值优化分析

在1-2混合模型的基础上,对小孔型和双向进气型脉管制冷机的性能及其内部流场的演化过程进行了数值分析.结果发现,膨胀过程中脉管内会出现气体分流现象,而压缩过程中脉管内会出现气体集合现象,分流界面和集合界面的速度均为零,统称为零界面;在一个周期内,零界面会从脉管一端向另一端移动,称其为零界面效应。零界面效应是制冷机性能提高的重要因素,一个周期内零界面存在的时间越长,制冷机性能越好。在模拟结果的基础上,对零界面效应存在的原因进行了机理性分析,发现小孔阀的引入是脉管中产生零界面的原因,而双向进气阀的引入可以进一步强化零界面效应.小孔型脉管制冷机中零界面存在的时间约为1/6周期,双向进气型脉管制冷机中零界面存在的时间约为1/2周期.

用于液化天然气冷量回收的冷脉管发动机

脉管制冷机是一种主要应用于卫星上冷却探测器的低温制冷机。具有室温推移活塞的脉管制冷机是一种可逆脉管制冷机。其逆向循环为冷脉管发动机,是一种新的可用于液化天然气冷量发电的装置。用数值分析的方法阐述了其工作原理,分析了最佳扫气容积比与脉管长度的关系,讨论了扫气容积对功率的调节。

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。

脉管制冷机用20 kW直线电机性能模拟研究

通过ANSYS Maxwell有限元分析软件进行电磁驱动力计算,研究功率超过20 kW、理论效率高于90%的直线电机中各部件尺寸对性能的影响。结果表明电机整体尺寸越大,额定功率越高,但磁饱和强度可能也会增大。线圈的截面积、永磁体的厚度以及内外铁芯的截面积对电机的性能影响较大,线圈的截面积增加,电机效率增加,而磁体和内外铁芯需要在满足设计目标的基础上尽量减小尺寸,以提高电机紧凑性和性能收益。

基于硅基回热器的微型脉管制冷机的数值模拟

随着电子器件热流密度的不断增加,开发和使用结构紧凑且高效的微型制冷器件已非常迫切。使用Fluent 19.0软件对基于硅基回热器的微型脉管制冷机在不同回热器空隙率、冷热端温度和相位条件下的制冷性能进行了数值计算。结果表明:硅基回热器的空隙率对制冷性能有重要影响;在固定几何参数下,存在一个最佳空隙率使得制冷机的COP最大。当工作频率为500 Hz,充气压力0.2 MPa,空隙率为0.87时,微型脉管制冷机能够在293 K提供3.844 W的制冷量,COP为1.007,相对卡诺效率为3.44%。随着冷端温度上升,制冷机的制冷量增加,但相对卡诺效率随之降低。本研究可为微型化制冷机的设计和开发提供一定指导。

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%。

脉冲管制冷机变截面交变流动特性CFD研究

采用计算流体力学(CFD)方法,对小型脉冲管制冷机进行了二维数值模拟,研究了脉冲管制冷机部件变截面处的结构非对称性对流场的影响。数值模拟结果观测到由非对称结构所引起的非对称流动,揭示了第三直流效应的产生机理,这种非对称流动以周期性演变的涡量环流的形式进行。涡量环流的演变是一个能量的耗散过程,文中还对比了不同输入功率和运行频率对涡量耗散的影响。此外,将数值模拟结果与实验实测结果进行对比,验证了数值模拟的有效性,并从涡量耗散的观点出发对小型脉冲管制冷机输入功率增加到一定程度后制冷温度升高的反常现象进行了解释。

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%。