20K以下温区单级脉管制冷机直流控制实验研究

开展了 2 0K以下温区单级脉管制冷机的实验研究 ,考察了直流流动对制冷机性能的影响 ,估算了不同制冷温度下制冷机循环的需气量 ,在对直流进行控制的情况下 ,采用 2kW (RW2 )和 4kW (CP4 )压缩机分别获得了 1 8 7K和1 4 7K的最低制冷温度 ,对应的在 30K的制冷量分别为 1 0W和 2 9 5W。

脉管制冷机直流机理研究和抑制方法探讨

双向进气脉管制冷机中存在的直流流动不仅增加了冷端换热器的负载 ,降低了脉管制冷机的性能 ,而且还是引起脉管制冷机制冷温度不稳定的一个重要原因。文中从流体网络理论出发 ,分析了直流产生的机理 ,对目前各种抑制方法进行了探讨 ,指出了进一步研究的方向。

热耦合型二级高频脉冲管制冷机实验研究

降低制冷温度至4 K温区是高频脉冲管制冷机的最新发展要求。本文介绍了一套热耦合型二级高频脉冲管制冷机的性能特性,它可以达到低于15 K以下的最低温度,是目前报道的高频二级脉冲管制冷机能获得的最低温度．通过对制冷机一级预冷、二级输入功率、二级冷量、室温条件等影响的分析,从实验角度揭示了该二级制冷系统的复杂影响,为进一步的深入分析和改进提供了基础。

1.27K^3He二级脉管制冷机性能研究

在一台具有独立气体回路的液氦温区G M型二级脉管制冷机上 ,采用3He为第二级制冷工质 ,获得了 1 2 7K的最低无负荷制冷温度。研究表明 ,以3He为第二级工质 ,该系统在 2K ,3K和 4 2K ,分别可以提供 4 2mW ,2 0 5 5mW和 5 18 3mW的制冷量 ,第一级和第二级压缩机相应的输入功率分别为 4 3kW (LeyboldCP4 0 0 0氦压缩机 )和 1 3kW (LeyboldRW 2氦压缩机 )。与两级均采用4 He工质的情况相比 ,在相同的条件下 (相同的压缩机耗功 :4 3kW + 1 3kW ) ,第二级采用3He为工质 ,使得该二级脉管制冷机在 4 2K的制冷量提高了 4 0 5 %。

单级高频脉冲管制冷机研究

采用单级高频脉冲管制冷机获得低于30 K的制冷温度是脉冲管应用的一个新方向。本文介绍了一套获得了26 K最低制冷温度的单级高频脉冲管制冷机,这是无多路旁通的单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度。实验表明,即使对于惯性管作为主要调相结构的高频情况,双向进气方案在进一步调相和降低温度方面仍有很大作用。该工作为单级高频脉冲管制冷机在30-40 K温区的应用奠定了基础。该实验结果和模拟分析结果基本相符。通过和二级制冷机的比较说明了单级制冷机的优势,即较大的制冷量斜率。

铅蓄冷材料的二级脉冲管制冷机研究

采用多级方案是高频脉冲管制冷机获得低于20 K以下制冷温度的主要方法,以不锈钢金属丝网为蓄冷材料的二级高频脉冲管制冷机,实验已经达到了20 K以下温度。理论上讲,由于热容大,以铅为主的蓄冷材料比不锈钢更适合40～10 K温区工作,这在低频回热制冷机中得到了证明。本文介绍了我们采用不同铅球和铅网为低温蓄冷材料的研究结果。实验表明,小铅球对于高频脉冲管制冷机是不很合适的,导致制冷温度的明显升高。镀铅的不锈钢丝网和已有不锈钢丝网的性能相似,可进一步深入研究。该研究对于20 K以至更低温度的高频回热制冷机研究有一定的借鉴意义。

脉管制冷氮液化器性能实验研究

为了满足许多应用场合对少量低温液体的使用要求 ,将一台高性能的单级G M型脉管制冷机改造为一小型氮液化器 ,在不同工作模式下对液化系统的液化速率、降温和复温特性等进行了实验研究 ,给出了有意义的结果。

具有独立气路的液氦温区G-M型二级脉管制冷机性能研究

研究了一台具有独立气体回路的液氦温区G -M型二级脉管制冷机的制冷性能。目前的实验装置由两套独立的单级双向进气型脉管系统构成 ,第一级冷头对第二级进气的预冷通过安装在第二级回热器中部的换热器与一级冷头之间的热联接来实现。研究表明 ,该制冷机采用4 He为工质 ,分别以LeyboldCP4 0 0 0和RW 2氦压缩机来驱动第一级和第二级 ,可以获得 2 18K的最低无负荷制冷温度 ,4 2K提供的最大制冷量为 5 95mW。

4.2K温区1瓦级脉管制冷机的实验研究

小型回热式低温制冷机中的冷端换热器在制冷量高效传输过程中起着至关重要的作用,而这一作用往往被忽视。研究发现,通过脉管冷端换热器的结构改进,液氦温区脉管制冷机在4.2 K温区的制冷量可以得到显著提高。实验结果表明,在压缩机输入功率分别为4.8 kW和6.0 kW的条件下,双向进气型二级脉管制冷机在4.2 K获得了760 mW和900 mW的制冷量,相应的制冷系数(COP)为1.58×10-4和1.50×10-4。该脉管制冷机在4.2 K获得的最大制冷量达960 mW。

大尺寸单级高频脉冲管制冷机研究

本文简要介绍近年来在德国吉森大学开展的大尺寸单级高频脉冲管制冷机研究的主要进展。该大尺寸脉冲管已能达到较低的制冷温度并在60～80 K获得较高的效率,在国际上处出领先水平。文中首先介绍了理论模拟结果,然后介绍实验存在的问题及其改进,特别是提出了一个改进回热器温度不均匀分配的方案,得到了很好的验证。

红外系统应用的高频同轴脉冲管制冷机惯性管调相实验分析

直线压缩机SL400用于高频同轴脉冲管制冷机PT08的研制,优化的工作频率为40Hz,在气库与脉冲管间连接不同长度不同管径的惯性管作为调节脉冲管冷端处压力波与流速波合适相位的调节机构。不同排气量及额定输入功率的直线压缩机SL150驱动该制冷机,不同内径及长度的惯性管用于PT08脉冲管制冷机SL150压缩机的匹配调试,给出了不同的工作频率下制冷机的最低制冷温度及压缩机的效率数值,调节压缩机的工作频率,无双向进气,制冷机的最低制冷温度在59.1-65.1 K的范围。随着惯性管的管径变粗,长度变短,压缩机驱动制冷机的最佳制冷性能(最低制冷温度)的工况条件往高的驱动频率方向变化。在实用化简易化商业化应用考虑的条件下,为SL150压缩机驱动PT08 制冷机优化了较小直径较短长度的惯性管,该惯性管利于直接封装于气库的内部,使得气库可与同轴式脉冲管制冷机的冷指集成为一整体。

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。

斯特林型高频脉冲管制冷机的现状与样机研制

首先介绍了国际上高频脉冲管制冷机的研究现状及未来发展趋势 ,表明高效高频脉冲管制冷机的产品和样机在国际上已日趋成熟。然后简要介绍了作者近几年在德国研制的高频脉冲管制冷机样机的性能和特点。作者获得的性能和国际上最好性能的比较表明 。

液氦温区脉管制冷机的优化实验

研制了一台用作德国国家标准局 (PTB)约瑟夫森效应 (JosephsonEf fect) 1V电压标准冷却系统的二级脉管制冷机。其设计要求在 4 2K提供 1 0 0mW左右制冷量 ,并同时冷却 70K左右的冷屏。采用额定功率为 1 8kW的氦压缩机驱动脉管制冷机 ,在不同制冷量负荷条件下分别对其进行了优化。初步实验结果表明 ,在输入功率 1 8kW的情况下 ,该制冷机最低制冷温度达 2 8K ,4 2K制冷量最大达 1 90mW ,制冷系数达 1 0 6× 1 0 4,火用效率最高达 1 1 3% ,可以充分满足冷却电压标准芯片的需要。此外 ,还与用 6kW压缩机驱动同一制冷机的实验结果进行了比较。

液氦温区脉管制冷机的频率特性

着重研究了操作频率对液氦温区脉管制冷机性能的影响 ,在实验和分析的基础上 ,明确了制冷温度、制冷量、制冷效率与工作频率之间的关系 ,并与 4KG M制冷机的情况进行比较 ,得出了一些有益的结论。通过频率优化 ,脉管制冷性能得以较大提高。在初步试验中 ,分别在 1 2Hz和 1 1Hz获得了 3 0W @70K ,50 0mW @4 2K以及 2 0W @65K ,590mW @4 2K的制冷量。同时还给出了脉管制冷温度稳定性的测试结果。试验结果表明 ,研制的脉管制冷机温度波动均小于同类商品型 4KGM制冷机及脉管制冷机。

4K以下温区脉管制冷性能的改进

最新研究表明 ,采用陶瓷磁性回热材料GdAlO3 (GAP)可以大大提高4K以下温区脉管制冷机的制冷量和制冷系数 (COP)。在压缩机输入功率约为 4 8kW的条件下 ,采用GAP的二级双向进气型脉管制冷机在 2 8K ,3 1 3K ,3 70K分别获得了 2 0 0mW ,30 0mW和 4 0 0mW制冷量。与采用HoCu2 及ErNi的二级脉管制冷机相比 ,该制冷机在 3 0K附近的制冷量增幅高达 1 50 %。

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。

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。

大功率回热器中高热导率复合填料的实验研究

本文对一台单级直线型大功率脉管制冷机在8()K温区进行优化研究。该制冷机由一台10kW线性压缩机驱动,采用小长径比的回热器。本文采用不锈钢丝网和具有更高热导率的紫铜及黄铜丝网混合填充增加径向导热,以降低温度不均匀性带来的损失。通过调整不同的复合填料组合,大幅减少了由环流造成的损失,该制冷机的最低制冷温度由54 K降至47.5 K。同时通过对充气压力和工作频率的优化,在8.9 kW输入功率下,该制冷机在71K可提供298W制冷量。