新型丙纶纤维填充式回热器单级脉管制冷机性能实验研究

回热器作为回热式低温制冷机的关键部件,其填充介质对整体性能影响很大。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 MPa/3.0 MPa/2.8 MPa/2.5 MPa/2.0 MPa/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。     

斯特林制冷机回热器的热损失理论分析及实验研究

回热器是斯特林制冷机的核心部件,其性能优劣对斯特林制冷机的性能有决定性影响.对斯特林制冷机回热器的各项热损失(主要包括有限传热损失、流动压降损失、空容积损失等)进行了理论分析,并通过实验研究了增加丝网数量和采取不同丝网填充方式对回热器性能的影响.结果表明,增加丝网数量可以有效提高制冷机的性能,采取冷端布置400目丝网和...     

线性斯特林制冷机分层回热器优化设计与实验

回热器为回热式低温制冷机的主要部件之一,其结构直接影响制冷机的性能。本文分析了分层填充回热器对制冷机性能的影响,在此基础上,结合回热器模拟软件REGEN3.3的仿真结果,设计了线性斯特林制冷机的分层填充回热器结构,并做了实验验证。实验结果表明,回热器采用适当的分层方式能大幅度提高制冷机的性能。该制冷机与优化前相比,降温速度提升了14%,整机效率提高了37.5%。     

30 K脉管预冷CFD仿真研究

针对一台U型一级斯特林二级脉管混合制冷机,分析了一级冷量对二级脉管预冷对制冷机整机性能的影响。制冷机一级制冷温度为80 K,二级制冷温度为30 K,通过将一级冷指和脉管热桥连接,利用一级提供的冷量对脉管进行了预冷。通过计算流体力学(Computer Fluid Dynamics, CFD)仿真研究了脉管预冷对脉管内部温度场和速度场的影响。研究发现,对脉管进行预冷会改变脉管工作时的内部温度分布,对二级制冷能力有巨大影响。在不采用一级冷量对脉管中段进行预冷时,制冷机以二级0.7W@30 K和一级7W@80 K同时进行冷量输出,压缩机输入PV功为133 W;通过热桥将一级冷端换热器与二级脉管中段连接后,保持输入PV功为133 W,输出冷量变为二级1.2W@30K和一级6W@80K同时进行冷量输出。研究发现,U型一级斯特林二级脉管混合制冷机采用中段脉管预冷可大大提高二级的制冷能力。     

热耦合同轴型双级高频脉管制冷机实验研究

空间探测技术对小型低温制冷机提 出了在不同温区同时供冷的要求,而双级高频脉管制冷机则 是一种极具潜力的解决方案。介绍了一种热耦合双级高频 脉管制冷机,其两级冷指均采用同轴型结构以提升制冷机 结构的紧凑性。在室温惯性管调相的方式下,获得了22.03 K的 最低无负载温度;当总的输入电功为413 W时,两级可同时获 得8 W@80 K和1 W@30 K的制冷量。针对不同预冷温度下的性能特 性开展了实验研究,得到了低温级冷指效率的变化规律。     

空间红外探测用30 K单级脉管制冷机高能效研究

建立了阻抗匹配模型,同时从冷指及压缩机两方面对制冷机性能进行优化.基于热声理论,构建了30 K温区脉管冷指的一维Delta EC理论模型,优化了惯性管型单级脉管制冷机冷指和压缩机耦合的工作参数.从机理上分析了回热器填料、双段惯性管长度及气库体积对冷指声学阻抗及压缩机声功转化效率的耦合关系.搭建实验测试平台,测试结果表明此单级脉管制冷机可以获得24.24 K的最低温度,输入功227 W时可以在30 K获得1 W冷量,可较好的满足空间红外探测器应用.     

新颖热压缩气体回热式微型制冷机

热压缩气体回热式制冷机亦称VM制冷机,系按维勒米尔(Vuilleumier)循环,即将斯特林(Stirling)热动力循环与斯特林制冷循环结合起来的闭循环低温制冷机。VM制冷机一般有高、中、低三个温度区域,在热端输入热能,使工质高温压缩,而在低温膨胀制冷,同时在中温区排出全部热量。不同于通常工质容积变化的机械式压缩,VM制冷机采用气体热     

单级脉管制冷机的试验研究

单级脉管制冷机的试验研究浙江大学制冷与低温工程研究所陈国邦，郑建耀，黄志秀，张法高，余建平本文介绍了建立的单级脉管制冷机试验装置，分别给出了采用无阀压机与有阀压机的脉管制冷机试验结果，最后指出操作条件和结构参数对脉管制冷性能的影响。单级脉管制冷机的试...     

脉管制冷机配气装置的改进

脉管制冷机配气装置的改进浙江大学制冷与低温研究所邱利民，赵莉，朱信洪，陈国邦介绍了采用固态定时器及计算机实时控制脉管制冷机进排气的两种实验装置，实现了脉管制冷机压力波频率的无级调节，并可灵活地调整占空比及压力波的相位差，具有一定的推广价值。脉管制冷机...     

气动式斯特林制冷机中膨胀机固有频率的试验研究

针对气动膨胀机中排出器固有频率对制冷机制冷性能的影响进行了试验研究.试验表明:随排出器固有频率的增大,压缩机共振频率减小;当制冷机充气压力为1.8 MPa,压缩机共振频率与排出器固有频率比约为0.73～0.75时,制冷机性能最佳;同时,要使制冷机获得较高的效率和较好的制冷性能,不仅要使工作频率在压缩机共振点或共振点附近,而且要使制冷机运行频率与排出器共振频率之比为最佳值.     

直线型和同轴型脉管制冷机在90K的对比分析

直线型和同轴型脉管制冷机被广泛应用于空间领域,尤其是同轴型脉管制冷机.同轴型脉管制冷机结构紧凑且使用便利,而直线型脉管制冷机结构简单且制冷效率高.目前,对于两类脉管制冷机的理论比较研究相对较少,因此开展相应的比较研究很有意义.本文分析了两款不同结构的单级脉管制冷机(直线型和同轴型).通过建立一维数值模型分析两款制冷机相...     

超导单光子探测器用1~2 K制冷机热力学优化

对工作在1~2 K的超导纳米线单光子探测器(SNSPD)用多级脉冲管预冷焦耳－汤普逊(JT)的复合制冷机制冷性能进行了系统的热力学优化研究。阐述了该复合制冷机的结构设计和工作机理;基于热力循环分析提出了焓流模型,同时建立了适用于3 K以下温区的实际流体质量流量模型,并将二者结合,分析复合制冷机的性能;探讨了理想情况下净制冷量随末级预冷温度和上游压力的变化特性,应用所提出的模型通过离散参数拟合方法对二者进行优化。发现对于He-4和He-3工质,多级脉冲管末级最优预冷温度分别为11 K和8 K;以He-4为工质,该复合制冷机能在2.2 K的温度下提供85 mW以上的制冷量;以He-3为工质,能在1.0 K提供18.5 mW的制冷量,该性能能够满足SNSPD的实际应用需求。     

一种透射式低温光学系统的设计与验证

由于能够减小系统自身的热噪声和提高系统信噪比,低温光学是实现高灵敏度红外探测的必要手段。提出了一种将脉冲管制冷机用作冷源的透射式低温光学系统。这种新型低温光学系统可用于体积和重量受限而又需要进行高灵敏度红外探测的场合。从光学设计、光机结构设计和内部热噪声分析等方面说明了透射式低温光学系统的设计过程。搭建了用于对脉冲管制冷机冷却光学系统的可行性进行验证的试验系统,并从系统内部热噪声的角度对低温光学的有效性进行了验证。实验结果表明,经过3 h,透镜温度由300 K降至设计温度150 K,继续降温则可达到最低温度105 K。测试过程中,透镜保持完好,验证了将脉冲管制冷机用作冷源的可行性。用黑体和320×256元碲镉汞探测器对光学系统自身的热噪声进行了测试。结果表明,当光学系统的温度从300 K降至215 K时,其自身热辐射减少了75%。这与理论分析结果一致,验证了低温光学降噪的有效性。     

节流孔至冷头距离对制冷器启动时间的影响北大核心CSCD

为提升快速启动探测器的响应能力,研究了节流孔至杜瓦冷头距离对制冷器启动时间的影响。在节流孔直径、热交换器长度和形态一致的情况下,节流孔距离杜瓦冷头距离越近,启动时间越快。当制冷工质为氩气时,20 MPa是一个拐点压力。当供气压力在20 MPa以下时,节流孔至杜瓦冷头距离对启动时间影响更加显著,启动时间差距可达十几秒。当供气压力高于20 MPa时,不同的节流孔至杜瓦冷头距离导致的启动时间差基本都在2 s以内。当制冷工质为氮气时,拐点压力为30 MPa,启动时间的相关规律和氩气工质类似。本文研究结果对改进快速启动制冷器设计有一定的参考意义。     

微型斯特林制冷机的进展

随着高温超导和空间技术的发展对微型低温制冷机的制冷量、效率和可靠性提出了更高的要求。新出现的技术如柔性支撑和脉管将对未来的制冷机产生巨大的影响。介绍了最近几十年里各种微型制冷机的发展状况,特别是重点介绍了微型斯特林制冷机的发展,给出了世界各大制冷机生产厂家的生产水平。同时本文介绍了目前国内的微型斯特林制冷机发展状况。     

机械制冷机冷却的透射式光学系统支撑结构

低温光学能够降低红外光学系统自身热噪声,有效提高探测灵敏度。支撑结构是实现光学系统在低温下正常工作的关键部件。设计的透射式低温光学系统工作温度为150 K,采用脉冲管制冷机这种新型机械式低温制冷机做冷源。因制冷机冷指直径较小,直接冷却光学透镜会在透镜内部产生较大温差,影响成像质量,为此设计了一种新型支撑结构,一方面设计了新型的轴向支撑和径向支撑用来减少透镜在低温下的形变,另一方面建立了透镜与脉冲管制冷机之间的传热模型,来指导支撑结构热设计,减小透镜内部温差。最后,对透镜支撑的低温性能进行了测试,实验结果表明,经过3 h,透镜温度由300 K降至150 K,支撑结构很好地保护了透镜并且在降温过程中透镜内部温差小于1 K。当温度从300 K降低到150 K时,光学表面的最大变形小于1（1=632.8 nm）。支撑结构从机械和热学性能上满足了低温光学系统的需要,为机械式制冷机冷却光学系统的光机结构设计提供了一种新选择。     

红外系统应用的高频同轴脉冲管制冷机惯性管调相实验分析

直线压缩机SL400用于高频同轴脉冲管制冷机PT08的研制,优化的工作频率为40Hz,在气库与脉冲管间连接不同长度不同管径的惯性管作为调节脉冲管冷端处压力波与流速波合适相位的调节机构。不同排气量及额定输入功率的直线压缩机SL150驱动该制冷机,不同内径及长度的惯性管用于PT08脉冲管制冷机SL150压缩机的匹配调试,给出了不同的工作频率下制冷机的最低制冷温度及压缩机的效率数值,调节压缩机的工作频率,无双向进气,制冷机的最低制冷温度在59．1～65．1K的范围。随着惯性管的管径变粗,长度变短,压缩机驱动制冷机的最佳制冷性能(最低制冷温度)的工况条件往高的驱动频率方向变化。在实用化简易化商业化应用考虑的条件下,为SL150压缩机驱动PT08制冷机优化了较小直径较短长度的惯性管,该惯性管利于直接封装于气库的内部,使得气库可与同轴式脉冲管制冷机的冷指集成为一整体。