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传导冷却的10T超导磁体恒温器设计及二级脉管制冷机研制

作　者: 周晓晓
导　师: 甘智华
学　校: 浙江大学
专　业: 动力工程
关键词: 超导磁体 恒温器 脉管制冷机 传导冷却
分类号: TB651
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 113次
引　用: 1次
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内容摘要


目前,超导技术广泛应用于能源、信息、交通、科学仪器、医疗技术、国防和重大科学工程等领域。据超导产业峰会的预计,到2020年超导产业的市场份额将达到1500-2000亿美元,因此超导技术产业的发展具有非常广阔的市场空间。相比于液氦冷却的超导磁体系统,制冷机直接冷却的超导磁体具有结构简单、操作方便、运行成本低等优点,再加上近年来世界范围内液氦资源的紧缺与匮乏,进一步促进了制冷机直接冷却超导磁体系统的发展。随着脉管制冷机性能的不断提高,其制冷性能已经可以与G-M制冷机相媲美；同时由于脉管制冷机在冷端无运动部件,因此具有很多突出的优点：结构简单、重量轻、机械振动低、噪音小；电磁干扰低,受磁场影响小、可靠性高、使用寿命长等。因此脉管制冷机被越来越多的用到超导磁体冷却系统中。本文回顾了制冷机直接冷却的超导磁体发展历史和最新研究进展,分析了制冷机类型、回热材料、布置形式对制冷机直接冷却超导磁体性能的影响,设计了一台用于冷却10T超导磁体的恒温器并研制了与之相配的液氦温区二级脉管制冷机。主要工作如下：1、完成了制冷机直接冷却的10T超导磁体恒温器系统的设计,重点设计了磁体的强化传热结构,介绍了二元电流引线的优化设计过程、位置布置以及超导磁体的失超保护措施,最后详细计算了制冷机两个冷头所需的热负荷。2、研制了与之相配的二级液氦温区脉管制冷机单元,并对其进行了实验调试,该制冷机在4.04K可提供0.6W制冷量,同时在43.6K可提供20W制冷量,可满足恒温器的热负荷设计需求。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
主要符号表  7-8
目录  8-10
图目录  10-11
FIGURES CONTENTS  11-12
表目录  12-13
TABLES CONTENTS  13-14
第一章 绪论  14-28
  1.1 超导磁体系统的应用及市场需求  14-15
  1.2 小型低温制冷机冷却的超导磁体系统研究现状  15-26
    1.2.1 超导磁体冷却系统的主要类型及特点  15-16
    1.2.2 制冷机冷却的超导磁体系统一般结构  16-17
    1.2.3 制冷机冷却的超导磁体系统的发展历程  17-26
    1.2.4 提供制冷机冷却的超导磁体系统的公司及主要研究机构  26
  1.3 研究目的和意义  26-27
  1.4 本文的主要工作  27-28
第二章 超导磁体系统传导冷却用制冷机  28-35
  2.1 可用于传导冷却超导磁体的低温制冷机  28
  2.2 强磁场下低温制冷机回热材料的选择  28-30
  2.3 脉管制冷机不同布置方式的对比研究  30-31
  2.4 脉管制冷机不同级间耦合方式的对比研究  31-33
  2.5 目前商品脉管制冷机的性能  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 脉管制冷机冷却的超导磁体恒温器系统设计  35-54
  3.1 制冷机冷却超导磁体系统的总体结构设计  35-36
  3.2 关键部位设计介绍  36-43
    3.2.1 室温孔  36-37
    3.2.2 超导磁体  37-38
    3.2.3 失超保护  38-39
    3.2.4 电流引线的结构设计  39-42
    3.2.5 电流引线的位置布置  42-43
  3.3 制冷机冷却超导磁体系统的热分析  43-51
    3.3.1 一级冷头热负荷计算  44-48
    3.3.2 二级冷头的热负荷  48-51
  3.4 系统强度校核  51-52
  3.5 本章小结  52-54
第四章 二级脉管制冷机的实验系统及实验结果分析  54-64
  4.1 G-M型二级脉管制冷机的实验装置  54-61
    4.1.1 制冷机系统  54-59
    4.1.2 真空与绝热系统  59
    4.1.3 测量系统  59-61
  4.2 实验过程介绍  61-62
    4.2.1 开机前准备  61
    4.2.2 开机操作  61
    4.2.3 关机操作  61-62
  4.3 二级脉管制冷机的实验结果分析  62
  4.4 本章小结  62-64
第五章 全文总结与展望  64-66
  5.1 全文总结  64-65
  5.2 课题研究展望  65-66
参考文献  66-68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷机械和设备 > 制冷机
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