脉冲管制冷机

本文主要介绍正在盛行研究的脉冲管制冷机的原理、结构、现状以及应用前景     

GM型脉冲管制冷机热力学损失分析

对GM型脉冲管制冷机及其旋转阀系统进行热力学分析，针对脉冲管内压力波为正弦波形的情况，推导出了制冷系数（COP）的理论公式，给出了COP的定量结果，并与斯特林型脉冲管制冷机进行了对比，结果发现，由于气体在旋转阀中的不可逆损失，使得压缩机功耗增大，降低了GM型脉冲管制冷机的COP，双向进气的效果取决了温降比，在较低的制冷温度（较大的TH/TL)时作用更加明显。     

高频脉冲管制冷机特性分析

通过相位理论分析了提高频率可以减小制冷机体积的原理,通过脉冲管制冷机内部损失影响分析了实现微型高效脉冲管制冷机的方法.研究表明:在现有的50 Hz高频下,减小制冷机体积会导致效率降低,提高运行频率,提高充气压力并采用更小水力直径的回热器填料,可以在减小体积的同时获得高效的制冷机.     

高频微型脉冲管制冷机的实用化研究

脉冲管制冷机经过多年的发展，性能不断改善，目前已开始进入实用化阶段。高频微型脉冲管制冷机结构紧凑，应用方便，并且主要工作在需求量较大的液氮温区，因此将首先得到一定规模的应用。介绍了作者针对脉冲管制冷机在红外和超导方面的应用所作的实用化工作，讨论了尚待解决的问题。     

脉冲管制冷机中板弹簧的有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件对外径为120 mm的板弹簧进行了应力和轴向刚度分析,得出了弹簧的厚度、涡旋角、涡旋槽个数以及涡旋槽宽度这些几何参数与其应力分布特性和轴向刚度性能的关系.首次提出了一个刚度应力比的概念,用刚度应力比值的大小来评价板弹簧性能的好坏,并将其作为板弹簧的设计依据.     

300 Hz脉冲管制冷机特性研究

从实验和数值计算两个方面研究了1台工作频率为300 Hz的单级脉冲管制冷机的制冷特性.实验方面,验证了平均压力、入口压比、惯性管长度以及均流化元件对其制冷性能的影响,该制冷机在平均压力为3.96 MPa、入口压比为1.21时获得了79.6 K的最低制冷温度;数值计算方面,基于线性热声理论的模拟结果与实验结果进行了比较,以验证程序的有效性.     

高频微型脉冲管制冷机的数值研究

利用数值方法模拟了高频微型同轴脉冲管制冷机内部气流交变流动和换热过程。给出了小孔型，双向进气型和多路旁通型脉冲管制冷机内部气流动态参数的瞬态变化。分析了各动态参数变化对制冷机整机性能的影响。     

脉冲管制冷机的整机二维数值模拟

利用FLUENT软件对脉冲管制冷机进行了二维轴对称数值模拟。和文献中实验的对比结果表明,模拟计算使用的数理模型是合理的,能够准确预报脉冲管制冷机的最低制冷温度。进而,对中科院自主开发的脉冲管制冷系统进行了数值研究,探讨了频率、充气压力以及振幅对脉冲管制冷机性能的影响。结果显示,对于一定尺寸的脉冲管制冷机有一个最佳运行频率,大振幅和相对较小的充气压力可以取得较好的制冷效果。     

关于脉冲管制冷机中间补气法的讨论

用实验方法验证了小孔脉冲管制冷机“气体排出器”的存在,分析了“气体排出器”对制冷性能的影响,指出了改进小孔脉冲管制冷性能的途径.     

脉冲管制冷机惯性管调相能力的实验研究

为了验证脉冲管制冷机惯性管理论模型的准确性,通过修正压缩机活塞表面质量流的方法间接测量了惯性管入口质量流幅值及质量流与压力波之间的夹角.对目前脉冲管制冷机中应用较为广泛的单段惯性管加气库及双段惯性管加气库的调相能力进行了测量,并将测量值与简化湍流热声模型计算结果进行了比较.所测单段和双段惯性管阻抗幅值及相位角随内径及长...     

脉管型斯特林制冷机的实验研究

对脉管型斯特林制冷机用于普冷的可行性进行了分析研究。用实验的方法对脉管到斯特林制冷机和单纯的斯特林制冷机的性能进行了对比，得出了在２４５Ｋ以上温区脉管型斯特林制冷机的性能优于单纯的斯特林制冷机的重要结论．对小孔和脉管长度变化对脉管型斯特林制冷机性能的影响进行了讨论．     

脉管制冷机冷端换热器的改进

为了进一步提高脉管制冷机在液氮温区（７７Ｋ）的制冷量,本文对脉管冷端换热器进行了改进,同时还对脉管冷端气流的平均温度进行了测量。实验结果表明,常规脉管制冷机冷端换热器中的换热面积是不足的,脉管制冷机冷端换热器的传热损失较大,在设计计算中不应忽视。采用高目数的换热器填料有利于降低脉管冷端壁面与冷端气体之间的温差,从而提高冷端换热器效率,进而提高液氮温区脉管制冷机效率。     

两种多级脉冲管制冷机布置方式的热力学效率比较

从热力学的基本定律出发,比较了两种多级脉冲管制冷机布置方式的功耗和效率,指出：在同样的工作条件下,如果两种方式中系统内部的单位周期不可逆熵产相等,那么它们的理论效率是相同的。     

脉管式气波制冷的实验研究

简介了同时利用压力能制冷的气波制冷与脉管制冷的原理,并对影响其效率的因素进行分析,并进行了管长,转速,充排比等对其效率影响的实验研究,得出了一些有益的结论,最后对脉管制冷与气波制冷的耦合进行了探讨。     

脉管制冷与气波制冷之比较

介绍了气波制冷机与脉管制冷的原理与发展简况，对这两种利用压力能的制冷方式，着重在结构，特点，应用场合和主要理论模型等方面进行了较详细的对比，并提出了将这两种制冷机的优点相结合以满足更广泛应用场合的建议。     

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。     

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。     

脉管制冷技术在空间科学中的应用

回顾了最近几年脉管制冷机取得的成就。由于它在低温下没有运动部件,较其它类型的制冷机具有振动小、可靠性高、寿命长、造价低等优越性。是极具潜力的一种未来空间用制冷机。     

热声驱动脉管制冷机的压力特性

自行研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了热声驱动脉管制冷机的压力特性,明确了充气压力对超振温度、加热温度、制冷温度、压比及夺力振幅等的影响,实验表明,自行研制的热声压缩机在驱动脉管制冷机的情况下,仍可获１．０７以上的压比,基本可以满足驱动无阀型脉管制冷机的需要,在最近进行的实验中,以氮和氦作工质,分别获得了１９６Ｋ和１３８Ｋ的无负荷制冷温度,此外,本文还提出了进一步的改进方向。     

斯特林型高频脉冲管制冷机的实验研究

介绍了一台单级U型高频脉冲管制冷机的实验装置和实验结果.制冷机冷端无负荷最低温度达到了38.31 K,此结果为目前国内单级斯特林型高频脉冲管制冷机所达到的最低温度.当输入电功率200 W时,在50 K有0.6 W制冷量;当输入电功率为250 W时,在80 K有4.25 W的制冷量.这为40 K以下深低温,大冷量的斯特林型脉冲管制冷机的研制做出了有益的探索.通过分析压缩机运行频率对制冷机的最低温度和制冷量的影响,得出了在液氮温区针对特定的制冷温度,压缩机存在的一个最佳工作频率.在此工作频率下,压缩机和脉冲管耦合后,制冷机能够获得较高的效率.