高频脉冲管制冷机交变蓄冷器流动阻力特性实验研究——第二部分：实验装置和数据处理系统

鉴于目前高频脉冲管制冷机中蓄冷器交变流动阻力特性的设计数据十分缺乏,作者建立高频脉冲管制冷机蓄冷器的稳定流动和交变流动动态参数测量实验台,介绍了实验系统的组成、测试装置和数据采集与处理方法.实验台采用测控领域广为流行的LabVIEW图形化开发平台,将实验段两端的动态压力、流速数据等通过采集系统,送入计算机进行数据处理,并实时绘制图形曲线.通过测量蓄冷器两端的动态压力、流速,得到高频(30～60 Hz)交变流动情况下动态压力与质量流量之间振幅和相位关系,从而得到所测蓄冷器的交变流动阻力特性.     

高频脉冲管制冷机交变蓄冷器流动阻力特性实验研究——第一部分：研究现状及进展

总结了高频微型脉冲管制冷机蓄冷器交变流动阻力特性的研究现状.针对高频脉冲管制冷机设计过程中引用不同的流动阻力系数使得流动压力降结果相差很大的实际情况,系统总结了已有的研究成果,明确了不同经验公式和图表的适用范围,有利于提高高频脉冲管制冷机设计的可靠性.     

脉冲管制冷机蓄冷器流动特性实验研究 第二部分：频谱分析

对50Hz的高频蓄冷器的交变流动阻力特性进行了系统的实验研究。实验结果表明，其流动特性表现为通过蓄冷器后气体工质的速度波和压力波发生了振幅衰减和相位变化。利用频谱分析揭示了动态参数中存在的高频分量，并给出了各参数的基频分量了随蓄冷器的结构参数和运行参数而改变的规律。     

脉冲管制冷机蓄冷器流动特性实验研究 第一部分：实验装置和数据处理系统

蓄冷器是脉冲管制冷机等回热式制冷机的关键部件，它性能的好坏直接影响到回热式制冷机的效率和性能。交变流动蓄冷器中的热量和动量传输及转换过程是一个十分复杂的传热学，流体力学及热力学问题。低温中心针对交变流动蓄冷器的特点建立了动态参数测试实验台。实验台可以模拟各种脉冲管制冷机的真实运行条件。针对50Hz的交变流动蓄冷器的阻力特性进行了系统的实验研究，第一部分介绍实验装置及数据处理系统。     

脉冲管制冷机蓄冷器中交变流动过程理论分析

建立了交变流动蓄冷器热力学模型,分析了蓄冷器中气体微团的热力学变化过程,经计算得出了一周期内总热量和压力波与质量流之间相位的关系,对蓄冷器在制冷系统中的作用提出了新的认识,并通过对脉冲管蓄冷器中交变流动热力学特性的分析,对比一典型的双向进气型脉冲管制冷机的实验测量结果,分析了双向进气环流产生的直流分量对蓄冷器的影响,对脉冲管双向进气产生的直流分量对脉冲管制冷性能的影响提出了新的解释。     

圆柱型活性蓄冷器制冷性能的实验研究

在往复式活性蓄冷器实验系统的基础上设计开发了圆柱型活性蓄冷器,并对管路流程进行了优化.以金属钆为磁性工质,实验研究了蓄冷器的热力性能,获得了蓄冷器内温度分布及制冷性能数据.实验结果表明:在不同温度区间、温跨、换热流体流量及流动时间的条件下,蓄冷器存在最佳单向流动时间与最佳换热流体流量;系统在3K的温跨下可获得11.35W的最大制冷量;蓄冷器的制冷量和COP随温跨与温区的增加而减小.     

深冷文献消息(国内部分)

<正>985101 脉冲管制冷机蓄冷器流动特性实验研究 第一部分:实验装置和数据处理系统巨永林等《低温工程》1998 №3 1~4中国科学院低温技术实验中心针对交变流动蓄冷器的特点建立了动态参数测试实验台。实验台可以模拟各种脉冲管制冷机的真实运行条件。针对     

脉冲管制冷机内部交变流动过程实验研究第一部分实验装置与数据处理系统

鉴于脉冲管制冷机内部流动过程是复杂的动态交变流动,运行参数、结构参数和调相机构等对内部流动规律的影响还不是十分清楚,建立了脉冲管制冷机内部动态参数测试装置,介绍了实验系统的组成,测试设备和数据采集与处理方法.该实验台能准确测量蓄冷器入口和脉冲管热端的压力波和速度波,通过对它们的幅值与相位的分析,能够系统的得到各种因素对脉冲管制冷机内部流动状态的影响规律.     

内埋蓄冷器冷柜温度变化特性实验研究

实验研究了一种内埋蓄冷器冷柜的温度变化特性,并与同型号的常规冷柜进行对比。实验分别对冷柜进行空箱制冷速度深度实验、装载制冷深度实验及温度回升时间实验。结果表明:内埋蓄冷器冷柜温度下拉速度明显低于普通冷柜,在制冷下拉过程,内埋蓄冷器影响明显;内埋蓄冷器冷柜内部间室温度场更均匀,上下温差小于常规冷柜;内埋蓄冷器冷柜负载温度回升时间比普通冷柜提高20%以上,说明内埋蓄冷器吸热保冷作用明显;内埋蓄冷器冷柜制冷温度深度比普通冷柜稍差。     

脉冲管制冷机混合填充式蓄冷器的实验研究

基于脉冲管制冷机蓄冷器结构,提出了#400不锈钢丝网以及其与#300和#500组合而成的混合式蓄冷器填充方式.通过构建一单级分体式脉冲管制冷机测试平台,将#400及混合目数丝网分别填充至制冷机蓄冷器内进行整机实验,实验结果验证了低温制冷机蓄冷器冷热端分别填充高低目数丝网,可提高制冷机性能,是一种有效的蓄冷器优化方法.     

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。     

两级同轴型脉管制冷机回热器与脉管壁换热影响的模拟与实验

针对同轴型结构的两级脉管制冷机,采用热力学方法分析了回热器与脉管壁间换热作用对制冷机性能的影响。发现当脉管内热量通过壁面传向回热器时,脉管冷端焓流将增大,进而提升脉管冷指的制冷量。对设计的一台两级同轴型高频脉管冷指进行了数值模拟。模拟结果表明相同结构参数及输入下,引入回热器与脉管壁间的径向换热作用,低温级制冷量由原先的0.55 W@30 K提升至1.39 W@30 K,而对高温级的影响却小到可以忽略。     

Anisotropic steady-flow hydrodynamic parameters of microporous media applied to pulse tube and Stirling cryocooler regenerators

The hydrodynamic parameters associated with steady longitudinal and lateral (radial) flow of helium in several widely-used pulse tube and Stirling cryocooler regenerator fillers were measured and correlated in this investigation. Pressure drops in test sections packed with regenerator fillers were experimentally measured. Computational fluid dynamics (CFD) models of the regenerator test sections and their vicinities were developed and simulations were performed in which the regenerator test sections were modeled as porous media. By iterative repetition of the simulations, the longitudinal and radial permeability and Forchheimer inertial coefficients were determined such that they would lead to agreement between experimental measurements and the simulations. The regenerator fillers included 325 and 400 mesh stainless steel screens, stainless steel metal foam, sintered 400 mesh stainless steel screens, and a stack of micromachined perforated plates. The hydrodynamic response of the regenerator fillers were also correlated as friction factors. The results confirm that the aforementioned regenerator fillers are anisotropic.     

Intermediate cooling from pulse tube and regenerator in a 4 K pulse tube cryocooler

This paper introduces intermediate cooling by thermally attaching heat exchangers on the second stage pulse tube and regenerator in a commercial 4 K pulse tube cryocooler. Due to the large enthalpy flow in the 2nd stage pulse tube and regenerator, both intermediate heat exchangers on the pulse tube and regenerator can provide cooling capacities in the temperature range of 5–15 K without or with minor effect on the performance of the 4 K stage. Extracting cooling capacity from the pulse tube or regenerator reduces the 1st stage cooling performance in the present study. The joint intermediate heat exchanger on the pulse tube and regenerator has demonstrated promising results for applications.     

脉冲管制冷机内部的物理机制

在对脉冲管制冷机的内部过程进行分析之后指出：热力学非对称效应和热声效应是这种制冷机中同时存在的两种重要的物理机制,其中热端调相造成的脉冲管冷端热力学非对称效应是产生制冷效应的主要,而气体和固体相互作用产生的热声效应实现了热量的输运,两种效应综合起来决定了脉冲管制冷机的性能。     

新型径轴向混合填充式回热器的流动阻力实验

对新型径轴向混合填充式回热器的流动特性进行了实验研究.实验结果表明:在工质体积流量相同的条件下,新型径轴向混合填充式回热器的稳态流动阻力系数f小于层叠丝网型回热器,而大于丝网卷裹型回热器和平行丝型回热器;在相同体积流量下,以He为工质的稳态流动阻力系数f是以N2为工质时的3.4-3.6倍;回热器稳态流动阻力系数f主要与...     

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。     

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。     

Development of parallel wire regenerator for cryocoolers

This paper describes development of a novel regenerator geometry for cryocoolers. Parallel wire type is a wire bundle stacked in parallel with the flow in the housing, which is similar to a conventional parallel plate or tube. Simple and unique fabrication procedure is developed and fully depicted in this paper. Hydrodynamic and thermal experiments are performed to demonstrate the feasibility of the parallel wire regenerator. First, pressure drop characteristic of the parallel wire regenerator is compared to that of the screen mesh regenerator. Experimental result shows that the steady flow friction factor of the parallel wire type is three to five times smaller than that of the screen mesh type. Second, thermal ineffectiveness is determined by measuring the instantaneous pressure, the flow rate and the gas temperature at the warm and cold ends of the regenerator. The measured ineffectiveness of the parallel wire regenerator is larger than that of the screen regenerator due to the excessive axial conduction loss. To alleviate the intrinsic axial conduction loss of the parallel wire regenerator, segmentation is introduced and the experimental results reveal the favorable effect of the segmentation. Entropy generation calculation is adopted to compare the total losses between the screen regenerator and the parallel wire regenerator for various operating ranges. Simulation results show that the parallel wire regenerator can be an attractive candidate to improve cryocooler performance especially for the case of smaller NTU and lower cold-end temperature.