氢氦混合工质脉管制冷性能研究

由于氢气具有优越的传热和流动特性,有望减少脉管制冷机回热器的流动和传热损失,从而可获得高于纯氦工质的制冷性能.从氢组分对循环热力学性能、流体流动与传热性能等因素的影响角度出发,开展了氢-氦混合工质脉管制冷性能研究,并在30 K温区进行了实验验证,获得了比纯氦更好的制冷性能.     

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.     

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％￣２５％范围内的氦氮混合工质都可以提高脉管市冷机的制冷性能,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。     

二元混合工质脉管制冷特性研究

从制冷工质角度，在理论上分析了采用混合工质代替纯质氦以提高脉管制冷机在８０Ｋ温区制冷性能的可能性。初步的分析得到了两组二元混合工质对，一组在８０Ｋ温区附近依旧保持气态，如氦－氖，氦，－氢，氢－氖，另一组在８０Ｋ温区附近处于气液两相，如氦－氮，氢－氮，氖－氮，其中，氮气的摩尔组分小于１０Ｔ。     

氦氮混合工质脉管制冷中的温度平台研究

采用氦氮混合气体为工质对脉管制冷机性能进行了研究,由于在制冷过程中会发生氮组分的液-固相变;可以获得在一定的外加负荷下氮三相点63.15K附近的温度平台,对氦氮混合工质在氮组分发生液-固相变情况下的温度、压力特性进行了研究,利用固氮贮存的冷量、使得制冷机在关机后依旧可提供一段时间的温度平台,提出了一种具有新冷头结构的建议,为脉管制冷机的应用提供了新思路。     

混合工质在脉管制冷中应用初探

为了探讨混合工质在脉管制冷机中应用的可行性,选取氦气和氢气混合物作为工质,对一台小孔型脉管制冷机进行了数值模拟分析。结果发现,脉管制冷机的性能与其工质的热物性有很大关系。通过调整混合工质的配比,改变工质的物性,使其在混合工质最佳配比下工作,对于改进制冷机的性能,提高制冷量和制冷系数等都是有益处的。     

混合工质在脉管制冷机中的可能应用

提出了采用合适的混合工质代替纯质氦以提高脉管制冷机在８０Ｋ温区制冷量的新构思。概述了国外在制冷循环，天然气液化及Ｊ－Ｔ节流制冷中应用混合制冷剂从而提高了系统热力学效率的研究成果，及国内对混合物低温制冷物质的研究进展情况，进一步论证了混合工质应用于脉管制冷机的可行性。     

采用二元混合工质的脉管制冷机实验研究

首次在８０Ｋ温区脉管制冷机中采用混合工质进行了实验研究,实验结果表明,在其它运行参数不变的情况下,在氦氢二元混合工质中,当氢的摩尔浓度为２０％时,可获得比纯质氦高的制冷量。     

氦氢混合制冷工质的爆炸极限试验

在微型低温制冷机中，为了提高制冷机的热力学效率，越来越多地使用氢氦二元混合工质。由于氦气是惰性气体，具有阻燃作用，因此，在使用时容易产生麻痹思想而引发事故。为此对不同配比的氦氢混合气进行爆炸试验，分别得到了它们的爆炸极限。结果表明：氦气对氢气虽然具有一定的阻燃作用，但当样气中氦的摩尔百分含量小于50％时，氦氢混合气的爆炸上、下限随氦的百分含量的增加而有所升高，但其爆炸区间的绝对值几乎与纯氢相近；只有当样气中氦的摩尔百分含量大于50％后，样气的爆炸下限随氢的百分含量的减少迅速递升；直至氦气和氢气摩尔比例大于10时，样气与任何比例的空气混合都不会爆炸，且较氢氮混合气更安全。     

20K温区GM型单级脉管制冷机初步实验

介绍了自行研制的一台GM型单级脉管制冷机,其回热器蓄冷材料采用247目磷青铜丝网和不锈钢丝网,双向进气方式采用两个方向相反的精密针阀并行布置.在输入功率仅为2kW的条件下,该制冷机获得了22.4 K的最低制冷温度,80 K温度时的制冷量为5.65 W.在长达24 h的连续运行中,该机的无负荷制冷温度波动小于0.3K.     

无阀脉管制冷机的实验研究

采用直流电机驱动的无阀压缩机，在双向气型脉管制冷机上取得了４６．８Ｋ的无负荷制冷温度，对脉管制冷机的压力波进行了测试。在分析回热损失，脉管与回热器相位差等方面获得了一些有益的结果。     

一种新型制冷装置——低温阀切换式脉冲管制冷机

首次提出了一种称为低温阀切换式脉冲管制冷机的新型制冷装置。它可适用于气体液休分离等需要较大制冷功率的应用场合。在该装置中，用普通热交换器取代了回热器，切换阀置于脉冲管冷端。对带低温切换阀的小孔气库型脉冲管的等熵膨胀效率的初步实验结果表明，其等熵效率可达４０％以上，显示了一定的应用前景，。     

工作频率对切换式脉管制冷机性能影响的实验研究

提出切换式脉管制冷机在利用天然带压气源获取冷量方面具有一定的结构优势，因而开展了对切的切脉管制冷机的实验研究。探讨了主要操作参数对性能的影响，基本的实验研究为进一步的功能性研究和优化研究准备了基础，同时可以寻求它在衫上的可能性。     

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。     

谐振子耦合型热声驱动脉管制冷机研究

热声驱动脉管制冷机通常采用直接或者长管耦合的方式,但是因为耦合后的发动机和制冷机难以达到最佳的工作状态,耦合长管的损失也比较大,因此整体效率较低。本文提出一种热声驱动脉管制冷机结构,利用谐振子耦合热声发动机和脉管制冷机,能够显著减小声功传递损失,提升整机效率。全文针对在900 K加热温度、80 K空气液化温区下的热声驱动脉管制冷机展开理论研究,首先分析了谐振子耦合机理,并对谐振子参数进行了优化设计;其次,研究了加热温度、制冷温度和机械阻尼对系统性能影响;最后,将谐振子耦合型与长管耦合型两种方式的热声驱动制冷机进行了对比分析。结果表明:在平均压力为3MPa,加热温度为900 K,制冷温度为80 K时,谐振子耦合的热声驱动制冷机可获得整机22.5%的效率,而长管耦合的热声驱动脉管制冷机获得11.6%的效率。     

80K脉管制冷机惯性管调相机理及优化研究

液氮温区脉冲管制冷机在高温超导等领域的应用越来越广泛。基于热声理论,本文采用Delta EC软件对纯惯性管及惯性管加气库的调相能力进行模拟研究,建立了80 K温区制冷机整机数值模型,分析了不同惯性管及气库组合方式对制冷机性能的影响。结果表明:纯惯性管结构和单段惯性管加气库两种方式可以达到较为接近的调相能力,采用双段惯性管接气库方式可以提高制冷机性能,最低温度可以达到48.8 K。最后搭建制冷机整机性能测试实验台对模拟结果进行了验证。     

脉冲管制冷机的程序模拟及验证

为了适应脉冲管制冷朵实用化设计的需要。在热力学非对称理论的基础上，利用拉格朗日节点分析方法和有关回热器计算的经验公式，编制了一个可快速模拟和估算脉冲管制冷机性能的程序。     

液氦温区双小孔型二级脉管制冷机的改进实验

介绍了自行研制的二级双小孔型脉管制冷机的基本结构,着重分析了第二小孔,结构参数冷机性能的影响,指出了进一步改进的方向,经反复实验,采用双小孔结构的二级脉管制冷机第一、二级最低制冷温度分别达到４６Ｋ和３．０Ｋ。     

脉管制冷机的等效P—V图

在脉管制冷机线性气流速度分析法的基础上，提出了一种新颖的脉管制冷机等效Ｐ－Ｖ图制作方法，该方法直观，简便，宜于使用。将该方法运用到小孔型及双向进气型脉管制冷机的分析，得出了一些有益的结论。