大功率单级脉管制冷机回热器性能模拟与实验

为了提高单级脉管制冷机在20 K-40 K温区的制冷量,对自行设计制作的1台单级G-M型脉管制冷机采用REGEN3.3进行了计算模拟,获得了铅丸直径选择、不同温区回热器材料最佳组合等结果。在此基础上,对该台单级脉管制冷机进行了试验,实验结果表明该脉管制冷机在20.6K和29.9 K可分别获得20 W和40 W的制冷量,输入功率为7.5 kW。     

低于11 K的单级脉管制冷机性能研究

研究了回热器长度以及80 K以下温区不同回热材料布置形式对单级G-M型脉管制冷机性能的影响.试验研究表明,适当增加回热器长度,制冷机性能可显著提高.在此基础上对低温区回热材料进行优化,采用Er3Ni、铅丸和不锈钢丝网3层复合回热材料获得了最佳的制冷性能.采用额定输入功率为7.5 kW的压缩机驱动,脉管制冷机最低制冷温度达10.9 K,这是目前单级脉管制冷机达到的最低制冷温度.该制冷机在21 K可获得20 W制冷量.     

丙纶填充式回热器单级脉管制冷机性能研究

采用丙纶纤维作为回热器新型填充介质,对单级脉管制冷机进行了试验研究。对丙纶微尺度空间结构及物理性能进行了分析,基于充气压力分别为3.5、3.0、2.8、2.5、2.0、1.5 MPa的工况下,进行了降温性能、频率性能、制冷性能试验,获取了最低制冷温度,最佳工作频率及最大比卡诺效率。研究结果表明,充气压力对丙纶填充回热器的制冷机整体性能影响较大,工作频率的影响不是很明显。最终获得了最大比卡诺效率9.46%@170 K/10.06 W/77 W,最大制冷量为5.47 W@120 K/2.5 MPa,12.02 W@150 K/3.0 MPa,16.49 W@170 K/3.0 MPa,并获得了96.4 K的最低制冷温度。     

大功率脉管制冷机回热器填料优化研究北大核心CSCD

对一台液氮温区百瓦级制冷量的大功率斯特林型脉管制冷机的回热器填料进行了理论优化和实验研究。实验结果发现,在回热器冷端适当组合不同目数的丝网后,会把回热器分成两个部分,这在一定程度上能抑制大功率脉管制冷机回热器中的二次流动,降低回热器中部的温度非均匀性。通过实验得出该脉管制冷机中回热器填料的最优组合为300目不锈钢丝网搭配250目不锈钢丝网,组合比例为10∶1,最终在80 K获得了381.3 W的制冷量。回热器中部最大温差为30.3 K,相较于在回热器中填充单一300目不锈钢丝网的情况,降低了25.6 K。     

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。     

混合填充式回热器单级脉管制冷机性能研究

回热器为回热式低温制冷机的关键部件,其性能对系统的影响甚大。为探索回热器内金属丝网混合填充对回热器性能的影响,文章基于回热器模拟软件REGEN3.3仿真结果的基础上,制作了单级脉管制冷装置,采用#300SS,#400SS和#500SS的金属丝网混填了四组回热器,并在不同输入功率下进行了系统制冷性能实验。实验结果表明,较之低目数丝网填充的回热器制冷机,采用高目数丝网填充的回热器制冷机性能较优;在回热器热端填充低目数,冷端填充高目数的丝网,可提高回热器冷端压比,提高整机制冷性能。     

氦氢混合工质G-M单级脉管制冷机性能研究

对G-M型单级脉管制冷机采用氦氢混合工质在30 K温区进行实验研究,从制冷量、COP、压降特性、压缩机耗功、制冷温度的稳定性等方面进行了讨论和分析,同时给出了在最优状态下加载热负荷的温度变化情况.实验结果表明,采用适当配比的氦氢混合工质有助于提高脉管制冷性能.     

脉管制冷机的最新进展

脉管制冷机由于具有结构简单、运转可靠、冷头振动小、寿命长、成本低等优势，近年来发展迅速。着重综述了脉管制冷机近期的最新进展，揭示了脉管制冷机的研究已开始走出实验室，向商业化、实用化方向发展     

脉管制冷机污染试验研究

通过强化加速试验,从运行时间、加热烘烤温度、自由气体污染和约束气体污染等方面研究了工质气体污染对脉管制冷机制冷性能的影响,试验结果表明,脉管制冷机在工作时,污染物在回热器内的重新分布以及污染回热材料是脉管制冷机产生污染效应的主要因素。结合传热及流阻等理论对试验结果进行了机理分析,其试验结论有助于脉管制冷机的空间工程化应用。     

单级G-M型同轴脉冲管制冷机实验

介绍了单级G-M型同轴脉冲管制冷机,双向进气方式采用两个方向相反的阀门并行布置.在压缩机输入功率为6 kW的条件下,该制冷机获得了18.1 K的无负荷最低制冷温度,这是目前单级G-M型同轴脉冲管制冷机所能达到的最低无负荷制冷温度,30 K 时的制冷量为12 W.     

L型脉管制冷机的试验研究

介绍了文中提出的L型脉管制冷机的特点：一是采用L型脉管结构而不是通常的直型（文中称为Ⅰ型）脉管结构,降低了冷端死容积,且降低了冷头加工难度;二是在脉管热端采用双小孔阀结构取代了通常的单小孔阀结构,用来分别控制脉管热端进排气的质量流率;以四阀型脉管制冷机作为实验样机,给出了此种新型结构在有阀氦压缩机驱动下的初步性能试验,初步试验结果表明本文中的L型脉管制冷机在频率为2．5Hz,采用200目青铜丝网作为蓄冷器填料下能够达到的最低温度为67．5K。     

斯特林型脉管制冷机中惯性管的优化设计

介绍了斯特林型脉管制冷机中惯性管调相的原理和惯性管的传输线理论模型,给出了惯性管尺寸的优化计算方法.采用该方法对现有的脉管制冷机中惯性管的调相能力进行了模拟计算,研究了PV功、压比和气库容积等参数对最佳惯性管尺寸的影响,并与实验结果进行了对比,计算结果与实验结果符合较好.     

内调相型脉管制冷机的理论分析

对内调相型脉管制冷机进行热力学理论分析.内调相型脉管制冷机的特点是两个冷头在脉管热端通过针阀串联,两边脉管内的压力和流量耦合,通过调节各自的输入压力相位来主动调节脉管冷端流量与压力的相位差,输入压力相位由一个具有双出口的旋转阀来实现.分析表明,该调相方法可使脉管冷端流量与压力同相,从而使制冷量最大,而且相比于传统的小孔加气库型和双向进气型脉管制冷机,其制冷效率大大提高.该结构省却了体积较大的气库,结构更加紧凑.     

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.     

A modified two-stage pulse tube cryocooler utilizing double-inlet and multi-mesh regenerator

In this paper a thermally coupled Stirling-type two-stage pulse tube cryocoolers (TSPTC) is studied using a one-dimensional (1-D) CFD code. After validating the results of the simulations, effects of synchronous utilization of multi-mesh regenerator and double-inlet on the performance of the TSPTC are investigated. Results of simulations show that non-oscillating friction factors do not possess sufficient accuracy for calculation of oscillating friction losses in non-porous media. Whereas, using oscillating friction factor of non-porous media leads to sufficient accurate results. According to the results, using multi-mesh regenerator and double-inlet increases the COP and decreases the minimum attainable temperature of the system. It is observed that a minimum temperature of 18.2 K is attainable using optimum multi-mesh regenerator and double-inlet; whereas, for a simple TSPTC with a uniform mesh regenerator, a minimum temperature of 26.4 K is concluded.