分离型二级脉管制冷机的实验研究--Ⅱ:液氦温区二级脉管制冷机

研制1台新型液氦温区分离型二级脉管制冷机,该制冷机由2台独立的脉管制冷机组成,一级回热器冷端和二级回热器中部通过热桥相连,从根本上弥补了传统直接耦合型多级脉管制冷机级间干扰的不足.采用双压缩机双旋转阀驱动该二级脉管制冷机,第二级最低温度达到了2.5 K,在4.2 K下有508 mW制冷量,同时一级在37.5 K有15 W制冷量.第二级充气压力由1.7 MPa增大到1.85 MPa,制冷机在4.2 K下的制冷量可以达到590 mW.为了能简化结构、扩大应用,提出采用单压缩机单旋转阀驱动该分离型脉管制冷机,达到了相同的制冷性能.     

直接接触式冰浆生成器参数分析及设计要点

为了提高冰浆生成器的传热性能,采用求偏导的方法对影响冰浆生成器性能的各参数进行理论分析.根据圆断面射流理论,得到换热效率与液柱高度的关系式,结果表明：当液柱高度为喷嘴直径的50倍时,换热效率≥0.9.进一步推导体积传热系数的公式,给出冰浆生成器的设计要点：冰浆生成器高度应为喷嘴直径的100倍,冰浆生成器直径应小于喷嘴直径的14倍以避免径向传热.最后对分析结果进行了实验验证,实验与理论分析结果一致：随着气体质量流量和气体比定压热容的增加以及气体进口温度的降低、制冰溶液体积的减少,体积传热系数增加.     

声学放大器对热声发动机性能的影响

对声学放大器的声功传输能力以及其对热声发动机性能的影响进行了实验研究,发现声学发大器只有在一定条件下才能提高热声发动机的输出压比,当末端阻抗减小时其放大能力也减小.声学放大器本身也是一个声学阻力部件,如果仅以负载引出功计算热声发动机的效率,声学放大器在输出端负载阻抗较大时能够提高系统热效率,当负载阻抗减小后,它将使发动机的热效率急剧降低.     

自然循环在新型低温传热元件中的性能

针对自然循环与低温热管耦合的新型传热元件稳态特性进行了数值计算.基于一些合理假设,利用一维均相流模型对液氮在自然循环管路中的流动与传热过程进行计算,得到了两相流动中干度沿管程方向的分布,循环流量、干度等参数随外加热负荷变化的规律,以及不同管径对循环流量、干度分布、冷头稳定温度的影响,并与实验结果进行了比较与分析,为优化实验装置提供了理论依据.     

双向进气型脉管制冷机的线性理论分析

采用线性模型对双向进气型脉管制冷机的性能进行了分析.得到了通过回热器的焓流、质量流量及脉管冷端压力和流量相位差的代数计算公式.详细分析了工作频率对脉管制冷机制冷量与COP的影响,并对额定输入压力振幅和额定输入功率两种工况分别进行了优化分析.所得结果与其它文献完全一致.     

斯特林热声发动机的直流研究

具有环路的斯特林热声发动机引入了反馈回路,实现了行波相位的热声转换,获得了较高的热声转换效率.然而,环路的拓扑结构使得声场中直流的产生成为可能,直流的出现将严重制约热声发动机的性能.本文以温度和压力测量作为重要实验手段,研究直流与热声发动机温度分布、压比、热声转化效率之间的关系,考察了直流抑制前后系统的性能,指出有效抑制直流能大幅度提高热声发动机的性能.     

线性压缩机驱动的80K单级脉管制冷机设计与实验研究

结合美国标准与技术研究院(NIST)的回热器计算软件REGEN3.2,成功设计了1台单级斯特林型脉管制冷机.采用惯性管调相,在2.5MPa充气压力和60Hz频率下,获得无负荷制冷温度59K.在压缩机输入电功率为250W时,80K获得了3.8W的制冷量,与设计计算结果吻合得较好.     

立式径向流吸附器中流体均布的理论分析

为提高空分用吸附器吸附效率,通常在内分布流道布置一锥体使内外分布流道沿轴向压降梯度相等以保证空气在吸附剂中流场均匀。通过对立式径向Z型吸附器内的压降分析,推导出一个可表征当空气在吸附剂中均匀分配时吸附器各参数应满足的量纲1微分控制方程。同时对一个实验径向吸附器进行设计,利用该量纲1微分控制方程获得了锥体截面半径随轴向高度的变化规律,为该类径向吸附器的设计提供了理论依据。     

新型热声发动机驱动的脉管制冷机实验研究

为完全消除低温系统中的运动部件,简化低温系统结构并提高其可靠性,对自制新型热声发动机驱动的脉管制冷机系统进行了实验研究.对热声发动机的性能进行了实验分析,确定出系统充气压力和制冷机的接口位置,将一台单级小孔型脉管制冷机接到系统中.通过调节小孔阀,对脉管制冷机性能进行了优化.结果表明,以氦气为工质,在充气压力为2MPa时,发动机单独运行时最大压比达1.19,驱动单级小孔型脉管制冷机获得了119K的低温,这为热声制冷机系统应用于天然气液化奠定了良好基础.     

4 K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，3.13K,3.70K分别获得了200mW，300mW和400mW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150%。