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微型脉管制冷机光纤回热器流动及制冷特性研究

作　者: 沈崴
导　师: 金滔
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 脉管制冷多孔光纤微型化微通道回热器
分类号: TB651
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 32次
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内容摘要

脉管制冷机因在低温区域无运动部件,具有高可靠性和长寿命等优点,在航空航天、电子信息系统和生物医疗等各个领域得到越来越广泛的应用。然而,一些空间尺寸有严格限制的场合对低温制冷机(包括脉管制冷机)提出了小型化乃至微型化的要求,于是对制冷机的系统及部件结构带来了极大的挑战。本文着眼于脉管制冷机的微型化,提出一种新型的基于多孔光纤技术的石英脉管制冷机回热器结构设计构想。在总结制冷机微型化、多孔光纤技术、微通道内流体流动特性等领域研究进展的基础上,开展了光纤微通道内的气体流动特性的模拟计算与分析,分别采用无速度滑移、一阶速度滑移和二阶速度滑移边界条件,建立光纤微通道模型,对通道内的压力分布、不同流量下进出口压比等进行模拟。然后,搭建了一套微通道气体流动特性测量实验系统,着重研究微小毛细管(d<50μm)以及多孔光纤流道(d<10μm)内的摩擦阻力与压力分布情况。最后,对基于这种设计构想的回热器模型的制冷特性进行了模拟与分析,通过修改编写基于热声理论的模拟计算程序,模拟了多孔石英材料作为回热器的制冷性能,并与传统的635目不锈钢丝网进行对比,考察其作为微型脉管回热器的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-21
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 低温制冷机微型化研究  9-12
  1.3 多孔光纤的发展与制造工艺  12-15
    1.3.1 多孔光纤的发展  12-13
    1.3.2 多孔光纤的制造工艺  13-15
  1.4 微通道模拟与实验研究  15-20
  1.5 文本主要工作  20-21
第2章微通道气体流动特性数值模拟研究  21-31
  2.1 微流动系统介绍  21-24
  2.2 多孔光纤微通道的物理模型  24
  2.3 数学模型的建立  24-25
    2.3.1 基本N-S方程的建立  24-25
    2.3.2 一阶速度滑移条件  25
    2.3.3 二阶速度滑移条件  25
  2.4 数值方法与实现  25-27
  2.5 模拟结果与分析  27-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章微通道气体流动特性测量实验研究  31-44
  3.1 实验系统设计与搭建  31-37
    3.1.1 光纤测试段  32-34
    3.1.2 流量控制测量系统  34
    3.1.3 压力测量系统  34
    3.1.4 温度测量系统  34
    3.1.5 辅助设备  34-35
    3.1.6 计算机采集系统  35-37
  3.2 实验基本原理及操作流程  37-39
    3.2.1 基本原理  37-39
    3.2.2 操作流程  39
  3.3 微圆管中气体流动阻力实验测量与模拟结果对比  39-42
  3.4 结果与分析  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章光纤结构回热器特性研究  44-52
  4.1 光纤材料热物理性质  44-46
  4.2 回热器数值模拟计算模型与程序  46-48
  4.3 模拟计算结果与分析  48-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章总结与展望  52-54
  5.1 全文总结  52-53
  5.2 课题展望  53-54
参考文献  54-59
攻读硕士期间取得的科研成果  59-60
致谢  60

微型脉管制冷机光纤回热器流动及制冷特性研究

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