单级斯特林型脉管制冷机的理论和实验研究

论文摘要

脉管制冷机作为一种新型的回热式低温制冷机,由于低温下没有运动部件,具有结构紧凑、可靠性高、振动小、寿命长等优点。采用线性压缩机驱动的脉管制冷机作为低温制冷机研究和应用的一个重点,在国内外得到了很大程度的重视和发展,具有广阔的应用前景。本文对线性压缩机驱动的80K单级脉管制冷机展开了理论和实验研究工作。1.深入学习并掌握回热器数值计算软件REGEN3.2,考查了充气压力、运行频率、冷端质量流和压力波相位角、冷端压比和回热器填料的改变对回热器性能的影响。2.在此基础上,以RICOR线性压缩机为压力波驱动源,结合惯性管计算模型设计了一台单级脉管制冷机,根据质量守恒和能量守恒定律,对脉管制冷机各个部件进行定量分析,得出流经制冷机各个部件质量流量大小以及相互之间的相位夹角。给出了各个部件的尺寸和脉管制冷机的工作参数,并且完成了脉管制冷机的制作。3.进行了线性压缩机驱动脉管制冷机的实验研究。获得最低无负荷制冷温度为58K,降温到80K用时8.5min。制冷机在80K下制冷量为4.4W,相对卡诺效率为5.23%,与斯特林制冷机性能接近(6.38%)。当压缩机功率达到290W时,脉管制冷机在80K获得了5.2W制冷量;与计算结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 单级斯特林型脉管制冷机在各国的研究进展
• 1.2.1 斯特林型脉管制冷机在美国的研究进展
• 1.2.2 斯特林型脉管制冷机在其它国家的研究进展
• 1.2.3 斯特林型脉管制冷机在国内的研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 脉管制冷机的理论设计基础
• 2.1 焓流调相理论
• 2.2 脉管制冷机相位分析
• 2.3 回热器损失分析
• 2.4 数值模拟基础
• 2.4.1 回热器数值模拟
• 2.4.2 惯性管计算模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 脉管制冷机的设计
• 3.1 运行参数的选择
• 3.2 脉管制冷机的设计和优化
• 3.2.1 制冷机核心部件的设计
• 3.2.2 其它部件设计
• 3.3 脉管制冷机的优化方向
• 3.3.1 充气压力对回热器性能的影响
• 3.3.2 冷端压比对回热器性能的影响
• 3.3.3 相位角对回热器性能的影响
• 3.3.4 回热器填料对回热器性能的影响
• 3.3.5 运行频率对回热器性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 脉管制冷机的实验研究
• 4.1 实验装置介绍
• 4.1.1 压缩机系统
• 4.1.2 脉管制冷机系统
• 4.1.3 真空与绝热系统
• 4.1.4 测量与数据采集系统
• 4.2 线性压缩机驱动脉管制冷机的实验研究
• 4.2.1 脉管制冷机的初步实验
• 4.2.2 脉管制冷机的优化实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的科研成果
• 致谢