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300Hz脉冲管制冷机的研究

作　者: 杨俊玲
导　师: 周远；梁惊涛；杨鲁伟
学　校: 中国科学院研究生院（理化技术研究所）
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 300Hz脉冲管制冷机丝网调相机构多路旁通
分类号: TB651
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

从脉冲管制冷技术的研究和样机研制来看,目前已经取得了很大的突破。但是工作在100Hz以上的超高频率的脉冲管制冷机仍是一个研究的盲区,造成这一问题的原因主要与脉冲管制冷机的驱动源压缩机有关。决定制冷机性能的关键之一是压缩机,而目前用于驱动高频脉冲管制冷机的线性压缩机的频率一般在70Hz以下。随着近年来热声技术的发展,热声发动机有可能取代机械驱动压缩机与脉冲管制冷机结合,形成完全无运动部件的超高频脉冲管制冷机系统。本文以300Hz的热声发动机驱动脉冲管制冷机,针对蓄冷器的设计以及调相机构的选择进行了理论分析和实验研究,取得了一定的进展和成果。1.对脉冲管制冷机内蓄冷器进行理论计算和实验,从丝网着手,分析单根丝网内的传热,揭示了不同材料、不同尺寸的丝网在各种频率下的不同特性。综合考虑传热特性和热穿透深度,得出的结论是在目前所能得到的丝网中,635目不锈钢丝网是较理想的选择,实验也验证了这一点。2.建立了300Hz脉冲管制冷机实验台,对所研制的三套样机分别进行了实验,着重分析了各种调相机构,充气压力,蓄冷器的尺寸等参数对制冷机性能的影响,直线型样机达到了79.7K的低温,在120K有1W的制冷量。在同轴型样机中发现了其温度在惯性管尺寸较大时出现不稳定现象。3.对惯性管的调相机理进行研究,通过简化流体力学的连续性方程、动量方程和能量方程,建立了惯性管的流体网络模型,分析了不同尺寸的惯性管在300Hz下的不同特性,以及在更高频率下惯性管的调相作用。4.对高频多路旁通型脉冲管制冷机进行了实验研究,采用不同流通面积的旁通配合惯性管和双向进气做调相机构,通过不断改进和优化其配合,极大地提高了制冷机的效率,实验获得了23.1K的低温,35K有0.6W的制冷量,其性能居于世界单级高频脉冲管制冷机的领先地位。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-20
  1.1 脉冲管制冷机的研究背景及意义  8
  1.2 脉冲管制冷机的研究进展  8-13
    1.2.1 单级脉冲管制冷机的研究进展  9-12
    1.2.2 多级脉冲管制冷机的研究进展  12-13
  1.3 脉冲管制冷机实验研究进展  13-15
    1.3.1 动态压力测量  14
    1.3.2 温度的测量  14
    1.3.3 质量流量（流速）的测量  14-15
  1.4 脉冲管制冷机的理论研究现状  15-17
    1.4.1 热力学分析方法  15-17
    1.4.2 热声理论  17
  1.5 超高频脉冲管制冷机  17-19
    1.5.1 国内外研究现状  18
    1.5.2 学术价值  18-19
  1.6 本文的研究内容  19-20
第2章 300Hz脉冲管制冷机实验系统  20-26
  2.1 前言  20-21
  2.2 脉冲管制冷机系统  21-22
    2.1.1 脉冲管制冷机冷指  21
    2.1.2 压缩机  21-22
    2.1.3 调相机构  22
  2.3 真空和绝热系统  22-23
  2.4 充气和电源系统  23
    2.4.1 充气系统  23
    2.4.2 电源系统  23
  2.5 测量和采集系统  23-24
    2.5.1 温度和制冷量测量  23-24
    2.5.2 动态压力测量  24
  2.6 采集系统  24-25
  2.7 本章小结  25-26
第3章 300Hz脉冲管制冷机蓄冷器丝网填料性能的研究  26-32
  3.1 引言  26
  3.2 蓄冷器丝网填料热扩散模型的建立  26-27
  3.3 参数的选取  27
  3.4 蓄冷器丝网计算结果  27-30
  3.5 实验结果及讨论  30-31
    3.5.1 实验装置  30
    3.5.2 实验结果及讨论  30-31
  3.6 本章小结  31-32
第4章 300Hz脉冲管制冷机中调相机构研究  32-49
  4.1 前言  32
  4.2 脉冲管制冷机的研制  32-33
  4.3 实验结果  33-43
    4.3.1 直线型脉冲管制冷机的实验研究  33-40
    4.3.2 同轴型脉冲管制冷机的实验研究  40-43
  4.4 惯性管的调相机理  43-46
    4.4.1 惯性管对脉冲管热端的影响  44-45
    4.4.2 惯性管对脉冲管冷端的影响  45-46
  4.5 计算结果及讨论  46-48
    4.5.1 300Hz条件下热端相位差随惯性管尺寸的变化  46-47
    4.5.2 300Hz条件下冷端相位差随惯性管尺寸的变化  47-48
  4.6 本章小结  48-49
第5章多路旁通脉冲管制冷机的研究  49-57
  5.1 前言  49
  5.2 实验装置  49-50
  5.3 实验结果及讨论  50-55
    5.3.1 多路旁通流通面积的影响  50-51
    5.3.2 输入功率对制冷温度的影响  51-53
    5.3.3 惯性管尺寸的影响  53-54
    5.3.4 双向进气的影响  54-55
    5.3.5 制冷量  55
  5.4 与其他stirling型脉冲管制冷机的比较  55-56
  5.5 本章小结  56-57
第6章全文总结  57-59
参考文献  59-66
攻读硕士学位期间发表的论文  66-67
致谢  67-68

300Hz脉冲管制冷机的研究

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