脉冲管整机条件下回热器交变特性实验研究

搭建脉冲管制冷机动态参数测试实验台,在脉冲管制冷机整机运行条件下对处于实际温度梯度的回热器进行了动态速度以及动态压力测试。为了测量回热器冷端的动态速度,研究针对低温侧的热线探针进行了低温条件下的标定。实验测量了充气压力3 MPa、运行频率40—60 Hz、冷端温度100 K工况下回热器的相位特性以及阻力特性,并得到了整机运行条件下回热器阻力系数经验公式。研究结果表明,随着频率的提升,回热器冷热端速度-压力相位差增大,相同雷诺数下的阻力系数增大;随着温度降低,相同雷诺数下的阻力系数增大,并且在低雷诺数下变化更加明显。该研究结果是在回热器实际工作条件下测量得到,能够为脉冲管制冷机中的回热器模拟计算以及回热器热力学分析提供必要的数据支持。     

基于REGEN软件的百赫兹脉冲管制冷机回热器设计方法研究

基于REGEN3.3软件开展了百赫兹脉冲管制冷机回热器冷端相位特性、运行参数和结构尺寸之间耦合关系及其对回热器最优效率影响的系统研究,结果表明:运行参数、冷端相位角与回热器最优的结构尺寸值弱相关,冷端压比与回热器最优的结构尺寸值强相关;冷端相位特性与回热器最优效率值强相关;在较优的结构尺寸下,充气压力对于效率的影响较小,频率相对较低时,回热器效率更高。最后基于研究结果总结了综合考虑调相结构调相能力的百赫兹脉冲管制冷机回热器设计方法。     

小型制冷系统中吸气管-毛细管回热器特性实验研究

由吸气管与毛细管热交换形成的回热器对小型制冷装置的制冷性能有着重要影响。目前,回热器主要有以下四种类型:毛细管外穿式、铝箔覆盖式、铜锡焊式、毛细管内穿式。结合理论分析,实验研究了制冷装置采用不同类型回热器时毛细管进出口温度、吸气管进出口温度、蒸发器温度以及压缩机吸排气温度对其工作性能的影响。结果表明,从换热性能上看,毛细管内穿式回热器与铜锡焊式回热器的性能基本相同,从制冷装置总体制冷性能上看,毛细管内穿式回热器优于铜锡焊式,且比毛细管外穿式及铝箔覆盖式回热器同等条件下单位容积制冷量提高17.4%,采用毛细管内穿式回热器有利于提高系统的制冷性能。     

驻波热声制冷机分层回热器的特性研究

针对驻波制冷机回热器的7种分层方式进行研究,并通过DeltaEC计算驻波制冷机的声场分布、热流分布和相位差分布、最低制冷温度,以及制冷量与COP的特性规律。计算结果表明:随着制冷温度的降低,通过回热器的分层相应增大回热器的孔隙率,有利于改善流动损失,有效降低制冷温度,提高制冷效率。回热器的分层可以为热声制冷机性能的优化提供一种有效的手段。     

低温回热器传热过程的理论探讨

讨论了低温回热器的传热特点,推导了理想低温回热器的豪森基本方程。并试图用牛顿插值公式求解豪森偏微分方程,整理出了在不同对比长度、对比周期下的回热器效率曲线,及某些截面上填料温度、气体温度随时间的变化图形。本文还对回热器的某些损失进行了分析,用此通用程序可计算效率在99%以上的低温回热器。图8表1参8。     

深冷文献消息(国内)

2007001 300Hz脉冲管制冷机特性研究；2007002　压比对回热器性能影响的理论分析；2007003　斯特林型脉冲管制冷机中压缩机与冷指耦合实验研究；2007004　液氮浴中不锈钢板动态冷却过程试验及模拟分析；2007005　EAST装置2kW／4．5K氦制冷机透平膨胀机的测试     

高频脉冲管制冷机回热器相位特性优化方法研究

基于REGEN3.3软件对10 W@80 K单级高频脉冲管制冷机回热器进行了仿真计算,分析了回热器冷端相位特性对于制冷量、效率的影响及冷、热端相位特性之间的关系。研究表明:当冷端质量流幅值及压比变化时,效率最优时所对应的冷端相位角变化较小;冷端质量流幅值越大,效率最优时所对应的冷端压力波幅值也越大。回热器热端质量流幅值随着冷端质量流落后于压力波角度的减小而增加,随着冷端压比的增加而增加;热端压力波幅值随着冷端压比的增加而大幅增加;热端相位角随着冷端质量流幅值的增加而减小,随着冷端压比的增加而增加。基于研究结果总结了高频脉冲管制冷机回热器相位特性的优化方法。     

脉管制冷机回热器填加紫铜丝网的影响

在回热器中加入紫铜丝网增加径向导热有利于抑制大功率脉冲管制冷机回热器中的温度不均现象,但紫铜丝网也可能对制冷机性能产生其它的影响。通过数值模拟考察了在没有温度分布不均时,不同的紫铜丝网目数、分布方式、丝网厚度等对制冷机性能的影响。结果表明,在假设回热器温度均匀的情况下,不论如何填充定量的紫铜丝网,总会引起制冷机的效率降低;如果总的紫铜丝网数量一定并且均匀地分布在回热器中,整机制冷性能不会因填充层数的不同而有明显变化;采用与回热器不锈钢丝网目数接近的紫铜丝网要比目数相差较大的丝网可以获得更好的效果。     

2 W@80 K星载斯特林制冷机丝网的优化选型设计

介绍了丝网的种类,考虑丝网质量对回热器性能的影响,给出了优质丝网的判据.详细分析了丝网目数对空隙率、比传热面积和当量直径的影响,以回热器回热损失与压降损失之和最小,尽可能减小回热器空容积为原则进行计算分析,得出2 W@80 K制冷机回热器的最佳填料为丝径0.036 mm、276目×276目的平纹方孔网.试验结果表明选用该规格丝网的制冷机在制冷温度80 K、压缩机输入功率46.2 W时,获得的制冷量为2 W.     

两级脉冲管制冷机穿梭和泵气热损失计算分析

脉冲管制冷机以空管取代了G-M和斯特林型制冷机中的冷端活塞,分析了由这种特点和交变流动引起的两级脉冲管制冷机的穿梭热损失和泵气热损失,以及损失的来源,并进行了详细的定量计算。     

同轴型脉冲管制冷机中蓄冷器与脉冲管热耦合对性能影响的研究

同轴型脉冲管制冷机的特点是蓄冷器和脉冲管共用一个不锈钢壁面形成同轴结构,这样使其在结构上最为紧凑,但同轴结构会不可避免地形成蓄冷器和脉冲管内部气体之间的热耦合。借助一台U型脉冲管制冷机对脉冲管制冷机中蓄冷器和脉冲管热耦合的形成及其影响进行了初步的实验研究和分析。通过实验研究得到了蓄冷器和脉冲管壁面轴向温度变化曲线。在此基础上进行了热耦合的实验研究,以此来考察热耦合对整机性能的影响。初步的整机性能实验结果显示这种热耦合对改善制冷机性能是有益的。     

热端长度对脉冲管制冷机的性能影响研究

首先介绍了我实验室自主开发的实用型产品：空调压缩机驱动的同轴脉冲管制冷机,然后针对实用化过程中要求脉冲管的热端长度增加的问题进行了分析,得到一些分析结果。通过一组实验研究了脉冲管热端长度对性能的影响,包括脉冲管热端温度、冷端温度、降温时间、压比。实验结果和分析是吻合的。该实验为将来实用化的设计提供了一定的实验依据。     

热端温度对直线型脉冲管制冷机的影响分析

基于一台单级直线型脉冲管制冷机,研究分析了热端温度变化对制冷机性能的影响关系.建立了一维数值模型,分析了高频脉冲管制冷机内部相关热力学参数随热端温度变化的关系,从而揭示了热端温度变化影响整机性能的作用机理.最后通过实验数据和模拟值的比较研究,验证了模型的准确性.     

热声制冷机回热器的现状及展望

概括介绍了目前热声热机常用热声研究理论及常见类型的热声回热器。重点综述了目前常用回热器研究理论及实验研究进展,针对不同种类回热器进行简单分析对比。基于热声回热器发展的现状对回热器今后研究发展趋势进行了展望。     

行波型热声发动机与脉冲管配合的实验研究

采用热声发动机驱动脉冲管制冷机，使彻底消除低温制冷机中的运动部件成为可能。作者研制了行波型热声发动机驱动脉中管制冷机实验台。进行三个脉冲管与行波型热声发动机的配合实验，着重研究了热端气体温度、冷端温降和压力振幅的变化规律。     

高频微型非金属脉冲管制冷机轴向导热损失的计算分析

针对所开发的高频微型同轴非金属脉冲管制冷机进行了轴向导热损失的计算与分析,并与相同几何尺寸的金属脉冲管制冷机进行了比较。仅从降低轴向导热损失的角度讲,使用低导热率的非金属材料制作制冷机部件对制冷性能有较大的积极作用。对于2台实验样机而言,通过蓄冷器和脉冲管内的气体的轴向导热损失已经超出通过各自管壁的轴向导热而成为最大的导热损失项,但通过蓄冷填料的轴向导热损失却成为三项损失中一个可以忽略的小量,这是非金属脉冲管制冷机区别于相同几何尺寸的常规金属脉冲管制冷机的显著特点。     

环路声学共振多级行波热声发动机的机理研究

针对环路声学共振多级行波热声发动机的工作机理进行了研究,重点分析了环路声学共振4级行波热声发动机无负载工作情况,并比较了环路声学共振4级、8级、16级行波热声发动机的工作性能。计算结果表明,这一行波热声发动机具有较好的声场分布并通过增大回热器横截面积有效降低了回热器内的粘性流动损失。增加环路声学共振多级行波热声发动机的级数仍能获得较为理想的工作性能,并能够增加整机产生净声功率,降低谐振管消耗声功率的比例,相对传统带驻波谐振管的行波热声发动机更为紧凑。     

磁性回热材料低温热导率测量及Matlab数据库建模

为了建立磁性回热材料低温热物性参数数据库,准确分析深低温高频脉冲管制冷机的工作机理,以液氦温区GM制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法测量了Er3Ni、Er0.5Pr0.5、Gd2O2S(GOS)、Ho Cu2等磁性回热材料在低温下的热导率,并利用液氦温区脉冲管制冷机对测量结果进行分析和验证。基于Matlab建模,创建了一套应用于深低温系统磁性回热材料的热物性数据库,对于深低温的获取及系统效能优化具有理论意义。     

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.     

基于并联回热器模型的大功率斯特林脉管制冷机回热器温度不均匀性研究

基于流体网络理论,建立了两个并联的回热器模型来解释回热器内温度不均匀产生机理.通过对回热器内部环流的计算,首次提出了预测回热器最大径向温差的数学模型.最后,还对回热器径向温度不均匀引起的损失进行了定量分析,并提出了抑制大功率斯特林型脉管制冷机回热器内温度不均匀的方法.