脉管制冷机的性能特征

为了研究脉管制冷机的性能特征，本研究课题业已完成了多项实验。结果发现，瞬态或起动期间的冷却时间ｔｃ由脉管壁时间常数τｐｔ所控制，且基本型脉管（ＢＰＴ）制冷机的动态特性可作为一阶系统处理。在稳态运行中，已发现冷端温度ＴＬ随τＰｔ而变化，并且冷负荷ＱＬ随τｐｔ增大而单值增大。这表明，由气体从冷端至热端所泵送的热量随ｈｐｔ的下降而增大（即气体与壁之间的能量交换较小）。从而表明，脉管壁的储热或放热过程对ＢＰＴ制冷机的性能具有消极的作用。还以实验方法发现，脉管内气体的压缩／膨胀过程可以说明ＢＰＴ制冷机的性能，这些过程类似于布雷顿循环，不过介于等温和绝热过程之间。本文实验还表明，脉管制冷机在瞬态和稳态的性能主要地是由脉管壁时间常数τｐｔ，所控制。     

双温区高效脉管制冷机性能研究

采用单压缩机驱动的双温区脉管制冷机可以同时在不同制冷温度提供制冷需求。基于阻抗匹配特性,采用一台活塞直径为26 mm的动磁式线性压缩机,分别驱动高温区脉管冷指(HCF,110～170 K)和低温区脉管冷指(LCF,60～80 K)工作在不同制冷温区。一台冷指的制冷负载发生变化会对两台冷指的入口压力波动、压缩机位移以及另一台的制冷性能产生影响,典型的制冷性能为5.7 W@80 K10.9 W@110 K和3.3 W@60 K20 W@170 K,满足空间、能源以及医疗等应用。     

切换式脉管制冷机的性能分析

切换式脉管制冷机用于天然带压气源获取冷量，具有一定的优势。本文着重在理论数值分析上对其性能进行了研究，建立了切换式脉管制冷机的数学模型，对制冷机内部过程进行了数值模拟计算，并用实验验证数值分析的可靠性，计算结果揭主要结构参数和操作参数同性能指标的关系，理论数值分析的切换式脉管制冷机的进一步结构优化提供了具有重要的参考价值的依据。     

斯特林制冷机推移活塞径向间隙对制冷量的影响

本文分析了斯特林制冷机推移活塞径向间隙对施密特等温模型的理论制冷量、穿梭损失和泵气损失的影响,对分析结果进行了验算。结果表明:推移活塞径向间隙如果选取不当,将会造成很大的冷量损失。     

脉管制冷机研究进展

回顾了脉管制冷的发展简史，总结了最近１０年脉管制冷研究取得的突出成就及其水平，叙述了相移原理对了解脉管制冷机理及强化制冷效应的作用，指出了脉管制冷机发展的方向。有阀脉管制冷机有可能取代常规Ｇ－Ｍ制冷机，无阀脉管制冷机将成为空间用斯特林制冷机的竞争对手。最后讨论了可达到液氦温度的多级脉管制冷机的级联方法及相关的若干重要问题。     

回热式制冷机气缸和推移活塞间的最佳间隙

本文讨论了回热式制冷机气缸与推移活塞之间的间隙C与穿梭损失、泵气损失及死隙容积损失的关系。在此基础上,从理论上证明了间隙C有最佳值,并给出最佳间隙C_(opt)的计算公式。本文对一些实例进行了计算,计算结果与实际数据基本一致。本文所提出的计算方法和公式可供设计时使用。     

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     

脉管制冷机的分类

近１０年中，相移器的不断改进促进了脉管制冷技术的发展。相移器可以是第二进气口、热端膨胀活塞、四阀机构、主动气库、声阻管、内调相装置，或是第二小孔。为了满足多科应用要求，以其工作频率进行分类是选择脉管制冷机的一个好方法。论述了脉管制冷机的工作频率范围及其各种相移器的性能。１　前　言近１０年来，脉管制冷机（ＰＴＣ）研究取得了巨大进展，目前已经能够提供与其它低温制冷机，如斯特林制冷机、Ｇ—Ｍ制冷机等相当的制冷温度范围。单级脉管制冷机获得的最低制冷温度已接近２０Ｋ，而多级脉管制冷机的温度已低至２Ｋ。Ｒａ…     

高性能低温制冷机--脉管制冷机研究进展

回顾了自20世纪60年代中期至今脉管制冷机的发展历史，探讨了促使脉管制冷机从实验阶段发展成为当前最高效低温制冷的各种因素，阐述了不同形式脉管及热声制冷机的工作机理，简要介绍了近年来为减少不同组件的各种损失，从而提高其效率所作的一些改进。列举了脉管制冷机还存在的主要问题和部分应用例子。目前，脉管制冷机在80K温区的效率已经达到了卡诺效率的20％，并且获得了2K的最低制冷温度。     

新型的三级脉管制冷机

介绍了日本研制成功的一种新型三级脉管制冷机。它可以提高制冷机的性能并简化结构。为了减少回热器及脉管的损耗，研制了一种能从室温到液氦温度下工作的脉管。这台脉管制冷机己获得３．６Ｋ的低温，４．９Ｋ时的制冷量为１１９ｍＷ。     

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.     

脉管内射流对脉管制冷机性能影响的仿真和实验研究

针对脉管制冷机运行时脉管热端的射流现象,通过CFD仿真方法分析了射流对脉管内部温度分布及对制冷机性的影响。模拟结果表明射流的存在加强了脉管内冷热工质的混合,强化了脉管导热能力,使脉管冷端冷量损失增大,从而降低了整机制冷性能。为验证这一结果,搭建了实验台,为射流对脉管温度制冷机的影响进行测量,对比了发生射流和对射流进行抑制时脉管长度方向的温度分布和冷指性能,实验结果和模拟结果相符。     

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。     

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。     

单级G-M型脉管制冷机回热器性能

为了能进一步提高单级G-M型脉管制冷机的性能,着重对80 K到300 K温区回热器的效率进行了理论和试验研究.通过对不锈钢和磷青铜丝网材料热渗透深度和热导率的分析,指出在这一温区采用不锈钢丝网的制冷性能优于磷青铜丝网.基于REGEN3.2进行的数值模拟,进一步指出适当增大不锈钢丝网目数有利于提高制冷性能,并由此指导实验取得了理想的结果.单级G-M型脉管制冷机经优化后,取得了11.1 K的最低制冷温度,是当前国内外报道的最好结果;同时该制冷机在20 K和30 K分别可获得17.8 W和40.7 W的制冷量.     

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。     

热耦合二级Stirling型脉管制冷机的性能研究

建立热耦合二级Stirling型脉管制冷机实验装置.通过实验,系统研究了交变流动工质的工作频率和平均工作压力对热耦合二级Stirling型脉管制冷机性能的影响,详细报道并分析讨论了实验结果.以氦气作为工质,在优化工作频率和平均工作压力条件下,热耦合二级Stirling型脉管制冷机获得了13.52 K的无负荷制冷温度.