液氦温区VM-PT制冷机气量分配特性研究

VM气耦合脉冲管制冷机(VM-PT)是一种新型的液氦温区制冷机,为探索两级气耦合复杂的机理,本文采用Sage软件构建了低温调相VM-PT制冷机的整机模拟程序,研究了运行频率、平均压力、毛细管长度以及Er3Ni填充长度等参数对两级气量分配的影响。数值结果表明运行频率、平均圧力、毛细管长度以及Er3Ni填充长度均会影响两级质量流的分配,进而影响制冷机的最低温度,权衡工质的做工能力以及蓄冷器损失两方面因素,该四个参数均存在一个最佳值。搭建了实验平台并对数值模拟进行了验证。在实验中通过优化毛细管和蓄冷器,在运行频率1.6 Hz、平均压力1.4 MPa、压比1.6的情况下得到了3.86 K的无负荷制冷温度,在4.2 K可提供约10 mW的制冷量。     

一种新型空调温区的VM循环制冷机

介绍了一种热能驱动的新型空调温区（>16℃）的VM循环制冷机, 可直接利用太阳能、工业余热或矿物燃料等的热能转换成的压力波动驱动制冷机中的工质进行膨胀制冷,并具有结构简单紧凑、振动低、运行可靠等优点。研究了制冷机冷热腔容积比,死容积和冷热排出器相位差对理论制冷量的影响,分析了各种热损失;设计了一台VM制冷机,计算了其充气压力和运行频率对实际制冷量和COP的影响,探讨了作为空调的应用前景;研究结果表明：在运行频率10Hz,制冷量达2000W时,COP可实现2.5～3,其中回热器损失占热损失主要部分。     

活性炭吸附氦气式回热器低温比热与流阻特性的研究（英文）

在30 K以下温区,低温制冷机工质气体氦气的比热已高于目前常用的蓄冷材料,导致回热器蓄冷能力严重不足,限制了制冷机性能的提高。本文使用活性炭吸附部分工质气体氦气直接作为回热器填料的研究,是对制冷机蓄冷材料研究的一个全新探索。实验测试了15~30 K温度范围内活性炭对氦气的吸附量,并将其比热与不锈钢丝网、铅球、磁性材料Er_3Ni/HoCu_2等常规蓄冷材料进行了比较。另外,搭建了阻力测试装置,对活性炭吸附氦气式蓄冷单元以及磁性材料Er_3Ni、HoCu_2和不锈钢丝网的流动阻抗进行了实验测试。研究结果表明,活性炭吸附氦气式蓄冷单元比热在25K以下已经接近甚至高于目前已知的常规蓄冷材料,同时,其流动阻抗与磁性材料Er_3Ni的数值接近,略高于HoCu_2,但低于635目不锈钢丝网。基于比热与流阻的角度,初步验证了其作为极低温区制冷机蓄冷器的可行性     

食品液氮速冻技术研究进展

液氮速冻技术能使食品快速穿过冰晶区实现食品的玻璃化或部分玻璃化,提高速冻食品的品质,在食品冷链中广泛应用。本文概括了食品液氮速冻技术的基本原理和经典传热模型,对比了液氮浸渍冻结、冷气循环冻结和喷淋冻结等速冻方式的特点,总结了速冻食品品质评价的研究进展和液氮速冻技术在食品加工中的应用范围,并展望了液氮速冻技术未来的研究方向。     

大口径低温管道变工况漏热特性分析与优化

建立了一个包含辐射漏热、固体导热和残余气体导热分析的复合热力学模型,对高真空绝热低温管道在热边界温度(环境温度)变化、冷边界温度变化(压力变化或者改变流体)和真空度变化等变工况的漏热特性开展了研究。结果表明,热边界温度(环境温度)对漏热量的影响显著高于冷边界温度改变(流体种类改变或者管道内压力变化)导致的影响;当真空度为10—10~(-2) Pa区间,随着真空的改善,漏热量明显变小,不过当真空度优于10~(-3) Pa时,真空的进一步改善对漏热量的影响不再显著。     

开孔泡沫铝的低温热导率测量及其低温蓄冷应用研究

新型材料的应用对低温装置的发展起具有重大意义。为提高低温蓄冷装置的温度均衡性,一种孔隙率为63%的开孔泡沫铝材料最近在一种低温蓄冷装置中进行了实验研究。实验测试了样品从50 K到170 K的热导率,测试结果显示开孔泡沫铝在测试温度区间内热导率随温度降低而升高,其平均值为22W·(m·K)~(-1)。实验测试了开孔泡沫铝热导率对采用泡沫铝低温蓄冷装置的性能的影响。蓄冷装置中采用的相变材料为氮。实验中主要测试值为蓄冷装置在降温过程和融化过程中的温度值。实验结果显示,此装置上、下部分的最大温差小于0.5 K,远小于不采用开孔泡沫铝时的温差。随着低温蓄冷装置热导率的提高,蓄冷装置上、下部温差以及单个温度测定的温度波动均减小。     

液氢温区单级高频多路旁通型脉冲管制冷机

为了既能降到液氢温区又能确保制冷机的温度稳定性,开展了仅采用长颈管,不使用双向进气进行调相的单级高频多路旁通型脉冲管制冷机的实验研究。首先用数值计算的方法获得了多路旁通开度是否最佳的判据。研制出的制冷机在充气压力1.73MPa,输入电功220W时,无负荷最低制冷温度能够降到23.6K,为目前所报道的在没有双向进气时单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度。在达到稳定状态后,制冷机性能稳定,温度波动幅值小于0.1K。在220W输入电功下,能够在29.2K获得0.516W,34.3K获得1.0W的制冷量。     

Er3Ni颗粒4-40 K温区表观热导率测量及其回热器漏热研究

磁性材料的应用对低温制冷机的发展有着重要的意义。目前磁性材料在液氮以下温区热物性参数的缺乏严重限制了制冷机回热器的设计与优化。研制了颗粒状磁性材料低温表观热导率测量装置，对Er3Ni在4-40 K及不同氦气压力下的表观热导率进行了测量并计算了Er3Ni热导率系数。在不同温区的测试结果表明，真空状态下，Er3Ni颗粒表观热导率为0.11-0.22 W/m·K，对应的热导率系数为0.31-0.53；当氦气压力增大至1.4-2.2 MPa后，表观热导率趋于稳定，稳定后的平均值为3 W/m·K，对应的热导率系数为7。进一步研究了Er3Ni型回热器不同工况下的漏热特性，提出了丝网与颗粒混合填充的方案以降低冷热两端的轴向漏热。结果表明，在Er3Ni回热器中混合填充尼龙网和316 L不锈钢丝网后制冷性能显著提高，在1.6 MPa压力下漏热降低幅度分别高达12%和8%。