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零蒸发无损液氙存储用单级G-M脉管制冷机的优化设计

作　者: 鲍磊
导　师: 巨永林
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: G-M型脉冲管制冷机 蓄冷器 液氙 REGEN
分类号: TB651
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要


随着高低温超导磁体，低温泵，低温光电子学器件，低温液体无损存储等技术的飞速发展，对低温制冷机的制冷温度，可靠性，振动，电磁干扰提出了苛刻的要求。脉管制冷机由于其冷端无移动部件，具有比传统低温制冷机更高的可靠性、低电磁干扰、振动小等优点，得到了广泛的应用。对于基于液氙的吨级暗物质探测器，在探测开启之前、暂停或者出现故障时需要回收储存2.5吨左右的液氙，为此需研制一套大容量零损耗的液氙储存系统。基于该液氙储罐系统漏热损失的计算，本文运用REGEN3.3对脉管制冷机的回热器参数进行了数值计算，在此基础上，对单级G-M型脉冲管制冷机进行了优化设计和实验研究工作。本文具体内容如下：（1）基于液氙无损存储的要求，设计一套零损耗的液氙储罐系统，并计算了液氙杜瓦的各种漏热损失。（2）运用REGEN3.3对脉管制冷机的回热器进行优化设计，给出了系统运行参数和回热器结构参数等对脉管制冷机主要性能变化的影响趋势及规律。并通过实验研究，与数值模拟结果进行了对比分析。（3）通过调节系统运行频率，充气压力，并针对小孔，双向进气等调相机制进行了相应的实验测试和优化设计。在一台小型单级G-M脉冲管制冷机上获取33.4K的最低温度，在80K时能够提供超过20W的制冷量。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 课题背景  10
  1.2 脉管制冷机历史回顾与研究现状  10-17
    1.2.1 脉管制冷机发展历史  10-12
    1.2.2 脉管制冷机理论研究进展  12-17
  1.3 脉管制冷机发展及应用  17-19
  1.4 脉管制冷机存在的问题  19-21
  1.5 本文主要工作  21-22
第二章 零蒸发无损液氙储罐的漏热计算  22-29
  2.1 氙气的存储方式  22-24
    2.1.1 气态存储方式  22-23
    2.1.2 液态存储方式  23-24
    2.1.3 存储方式比较  24
  2.2 液氙储罐系统的系统组成  24-26
  2.3 液氙杜瓦容器的漏热计算  26-28
    2.3.1 液氙杜瓦容器的漏热方式  26
    2.3.2 通过筒体（多层绝热结构）的传热  26-27
    2.3.3 通过颈管的传热  27
    2.3.4 通过支撑件与管路的传热  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 回热器的 REGEN 模拟  29-44
  3.1 低温回热器的特点  29
  3.2 REGEN3.3 介绍  29-31
    3.2.1 回热器模拟软件介绍  30
    3.2.2 REGEN3.3 介绍  30-31
  3.3 回热器计算模型  31-36
    3.3.1 计算模型和控制方程  31-33
    3.3.2 控制方程的离散  33-34
    3.3.3 主要性能参数的计算  34
    3.3.4 计算过程  34-36
  3.4 计算结果及分析  36-43
    3.4.1 系统运行频率的影响  36-39
    3.4.2 充气压力的影响  39-41
    3.4.3 工质质量流量的影响  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 单级 G-M 脉管制冷机的实验系统及性能实验  44-59
  4.1 实验系统介绍  44-48
    4.1.1 制冷系统  45-47
    4.1.2 温度测量系统  47
    4.1.3 压力测量系统  47
    4.1.4 制冷量测量系统  47-48
    4.1.5 真空绝热系统  48
  4.2 性能实验数据分析  48-56
    4.2.1 系统运行频率的影响  49-50
    4.2.2 小孔阀门开度对脉管制冷机性能影响  50-51
    4.2.3 双向进气对脉管制冷机性能影响  51-52
    4.2.4 初始压力对脉管制冷机性能影响  52-53
    4.2.5 输入功率的影响  53-55
    4.2.6 制冷量的测量  55-56
  4.3 实验数据与 REGEN 模拟对比分析  56-57
    4.3.1 运行频率的模拟与实验对比  56-57
    4.3.2 充气压力的的模拟与实验对比  57
  4.4 本章小结  57-59
第五章 总结和展望  59-61
  5.1 全文总结  59
  5.2 下一步的工作以及展望  59-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间的学术成果  67-69

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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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