双向进气型脉管制冷机完整线性模型

基于完整线性模型分析了双向进气型脉管制冷机的制冷机理,并考虑了回热器空体积和气库压力波动的影响.假定回热器微元内的体积流量正比于局部压力梯度,通过代数方法建立了用于分析双向进气型脉管制冷机的完整线性模型.给出了制冷量、脉管冷端流量与压力相位差及性能系数与气库体积、工作频率、小孔与回热器流导系数之比及旁通阀与回热器流导系数之比的关系表达式.考察了工作频率、气库与脉管体积比对制冷机性能的影响,得到了与试验结果一致的最优工作频率.分析结果表明,冷端相位差随双向进气阀开度的增加而减小,从理论上证实了当工作频率约为1.4 Hz时制冷机产生最大制冷量,而当工作频率约为1.0 Hz时制冷机效率最高.     

35K两级高频脉管制冷研究：Ⅱ.实验验证

针对空间35K温区探测器的冷却需要,结合回热器数值计算软件REGEN3.2的计算分析,自行研制了一台第二级脉管采用低温惯性管和低温气库的热耦合型两级高频脉管制冷机.实验研究了充气压力、工作频率、输入功率等对第二级脉管制冷机性能的影响.实验得到35K下最佳充气压力为1.26MPa,最佳工作频率为40Hz,从而验证了理论计算结果.实验结果表明,在充气压力为1.26MPa,工作频率为45Hz,输入功率为135W的条件下,获得了27.4K的最低无负荷制冷温度;在充气压力为1.36MPa,工作频率为40Hz,输入功率为205W的条件下,制冷机在35K获得了0.45W的制冷量.     

液氦温区分离型脉管制冷机性能影响因素

研制了一台高效率液氦温区分离型二级脉管制冷机，采用单压缩机和单旋转阀驱动该二级脉管制冷机.在实际输入功率为6.7 kW时，第二级最低温度达到了2.5 K，在4.2 K有590 mW制冷量；同时第一级在36.7 K有15 W制冷量.制冷机在4.2和40 K 2个温度上都能提供大制冷量，可以用于替代G-M制冷机冷却超导磁体、低温泵和电子器件等.通过实验，研究并分析了不同压缩机和旋转阀时序对分离型二级脉管制冷机性能的影响.     

新型热声发动机驱动的脉管制冷机实验研究

为完全消除低温系统中的运动部件,简化低温系统结构并提高其可靠性,对自制新型热声发动机驱动的脉管制冷机系统进行了实验研究.对热声发动机的性能进行了实验分析,确定出系统充气压力和制冷机的接口位置,将一台单级小孔型脉管制冷机接到系统中.通过调节小孔阀,对脉管制冷机性能进行了优化.结果表明,以氦气为工质,在充气压力为2MPa时,发动机单独运行时最大压比达1.19,驱动单级小孔型脉管制冷机获得了119K的低温,这为热声制冷机系统应用于天然气液化奠定了良好基础.     

35K两级高频脉管制冷研究:Ⅰ.理论分析

针对空间35K温区探测器的冷却需要,基于回热器数值计算软件REGEN3.2,成功设计了一台两级高频脉管制冷机.该制冷机采用热耦合的级间布置和惯性管调相方式,其中第二级脉管热端的惯性管和气库置于第一级脉管的冷头下,即冷惯性管,较好地解决了第二级脉管内小声功流条件下相位调节的难题.给出了第二级脉管制冷机的详细设计方法,讨论了第二级回热器填料、长度、充气压力对脉管制冷机性能的影响.计算表明,在80～35K,40Hz下,采用500目不锈钢丝网作为回热器时的制冷性能优于铅丸回热材料,充气压力在1.25MPa下可以获得较好的制冷性能.     

120 Hz单级脉管制冷机理论与实验

为了研究百赫兹以上的高频回热器的特性及其对脉管制冷机性能的影响,采用回热器数值计算程序REGEN3-2对高频回热器的尺寸参数和运行参数进行优化设计,并研制出一台运行频率为120 Hz的斯特林型脉管制冷机,其无负荷制冷温度为47.8 K,在78.6 K有8.0 W制冷量.初步证明配合使用更高的充气压力、采用小水力直径的回热填料以及缩短回热器长度,能够使得回热器在百赫兹以上的高频下仍然保持较高的效率.另外,实验显示该百赫兹高频脉管制冷机能够实现快速降温,脉管方向性问题也得到较好的抑制.     

热声发动机驱动的脉管制冷机模拟及实验研究

基于回热器计算软件REGEN3.2,通过数值模拟分别研究了热声发动机的频率、输出压比、充气压力以及脉管制冷机的回热器长度对热声驱动的脉管制冷机制冷性能的影响,并预测了该台脉管制冷机的最低制冷温度为45K.实验研究了不同工质、热声发动机输出压比、声功输出装置以及脉管制冷机回热器长度对脉管制冷机性能的影响.实验结果表明,热声驱动的脉管制冷机的优化方向为提高热声发动机的输出压比、降低频率以及适当提高充气压力,这与数值模拟结果吻合较好.实验采用氮气-氦气双工质并以亥姆霍兹共鸣器作为声功输出装置和声压放大器,行波型热声发动机驱动的单级斯特林型脉管制冷机获得了65K的最低制冷温度.     

空间液氦温区机械式制冷技术发展现状及趋势

在介绍已发射和在研液氦温区低温探测器的任务目标和对低温系统性能要求的基础上,分析了空间用液氦温区机械式制冷技术的设计方法和工作性能,并对其发展趋势进行了展望.当前空间液氦温区机械式制冷技术主要采用线性压缩机驱动的预冷型4He和3He J-T节流制冷技术,而对于提供预冷的斯特林制冷机、吸附制冷机和高频脉管制冷机而言,进一步提高制冷效率是实现整机高效运行的关键.     

热声制冷微循环的特性优化

建立包含直线过程的热声制冷微循环模型,简要描述了热声微循环过程. 应用有限时间热力学的方法分析此模型的循环最优性能,求出了包含直线过程的热声微循环吸热与放热的临界点、循环的制冷量、制冷率及制冷机的性能系数;并由数值模拟得出热声制冷微循环中,制冷量、制冷率以及制冷机性能系数与直线过程压强比和等压过程体积比之间的特性关系. 结果表明:制冷机的制冷量随着等压过程体积比的增大而增加;等压过程体积比给定的条件下,直线过程压强比越小的制冷机获得的制冷量就越大;适当的压强比或体积比可以有效的提高制冷机的性能系数.     

磁共振成像低温超导磁体冷却系统设计及数值分析

为了减小冷却磁共振成像（MRI）低温超导磁体的资源消耗和经济成本,设计可快速冷却室温磁体至60 K以下的系统,并通过建立数学物理模型进行数值模拟,对系统进行优化设计和深入分析. 系统以自主研发的大冷量单级斯特林制冷机为冷源,包括低温风机、低温调控阀和氦气罐等组成部分. 研究表明,优化系统运行参数可以显著提高冷却性能,其中系统内氦气的压力和流速尤为关键,因为两者能够显著影响压降与换热,进而影响冷却时间以及磁体最终所能达到的冷却温度. 此外,当前斯特林制冷机的冷端换热器性能尚有提升空间. 通过参数优化,系统在氦气压力为0.3 MPa、流速为13 m/s时能够达到较快的冷却速率,可在73.5 h内将质量为2 t的室温超导磁体冷却至60 K以下,有潜力在实际应用中实现MRI低温超导磁体的低能耗高效冷却.     

涡流板能量分离特性实验研究

涡流板由多个涡流管集合而成,可以克服单个涡流管制冷量小的缺点．用实验方法研究了人口参数和冷流比对涡流板能量分离特性的影响．实验中以空气为介质分别研究了人口温度、压力及冷流比对涡流板的制冷效应、制热效应、绝热效率的影响规律．研究结果表明,人口温度升高有利于涡流板能量分离;人口压力升高,涡流管制冷、制热效应增加而绝热效率下降;冷流比增加,涡流板制热效应和绝热效率增加,而制冷效应下降．因此,涡流板与单管涡流管具有相同的能量分离特性,为进一步研究涡流板奠定了基础．     

电动客车热泵空调系统仿真与改进

针对电动客车热泵空调系统性能优化进行仿真研究,建立热泵空调系统稳态仿真模型,利用实验数据验证及修正稳态仿真模型.小管径换热器由于管径减小,换热系数增大,基于经过修正的系统稳态仿真模型,提出换热器采用小管径的改进方法.仿真结果表明,应用小管径换热器到客车空调系统,额定制冷量（制热量）为23.2 kW（20.9 kW）,制冷EER（制热COP）为3.14（2.75）,性能有所提高但离设计要求有一定距离.分析系统的性能仿真结果可知,系统的循环质量流量低于设计值,压缩机能力不足,高效涡旋压缩机不仅排量增大,而且压缩机的制冷COP达到3.45,两个因素导致系统能效提高.将小管径换热器与高效涡旋压缩机应用于同一热泵空调系统.仿真结果表明,系统额定制冷量（制热量）为26.4 kW（23.4 kW）,整机制冷EER（制热COP）为3.64（3.16）,基本达到额定制冷量（制热量）为26 kW（22 kW）、制冷EER（制热COP）为3.2（2.8）的改进目标.     

带有冷变换器的双压缩机耦合冰箱

为提高冰箱的节能性能,提出一种新型双压缩机耦合冰箱,该冰箱在传统的双压缩机双循环冰箱的基础上增加一个冷变换器.冷变换器能将冷藏循环中部分低品位冷量转换为冷冻循环中的高品位冷量,提高冰箱的性能系数.文中对新型冰箱进行理论能耗分析和引入贡献率、压缩机效率等影响因素的模拟计算,结果表明：在国家标准测试工况下,带冷变换器的双压缩机耦合冰箱比普通双压缩机双循环冰箱的性能系数提高9.98%,比蒸发器串联单循环冰箱的性能系数提高13.38%.