20W/20K单级脉冲管制冷机实验研究

摘要

脉冲管制冷机由于低温端没有运动部件，具有结构简单、振动小、噪声低、寿命长等优点，成为国际上小型制冷机研究的热点。随着高温超导的发展，迫切需要20K温区大制冷量的脉管制冷机。本文针对低温与超导技术研究所自行设计的一套20W/20K单级脉管制冷机，通过理论和实验研究来提高单级脉冲管制冷机的制冷性能。具体工作如下：
　　首先，采用Fluent软件对小孔型脉管制冷机进行了初步模拟，模拟结果显示：选择合适的小孔阀开度可以减小脉冲管制冷机的压力波和速度波相位，提高脉冲管制冷效果。并且可以计算出通过小孔阀的工质质量流量，有助于针阀型号的选择。另外，通过模拟，我们发现脉管制冷机中涡流的存在，影响了脉管冷端温度的稳定性。
　　其次，分析了单级脉冲管制冷机热端管路对制冷性能的影响。在实验过程中，分析了不同长度的热端管路引起的阻力损失和空容积损失对制冷性能的影响，确定了合适的热端管路流程，用于实验取得了较好的效果。
　　最后，进行了单级脉冲管制冷机的整体性能测试。对小孔阀开度、双向进气阀开度进行了调节，对压缩机功率、充气压力进行了多组匹配实验。经过一系列的实验和改进，初步得到了18.3K的无负载最低制冷温度。并提出了改进方案，以期获得更佳的制冷效果。

目录

20W/20K单级脉冲管制冷机实验研究

EXPERIMENTAL STUDY OF THE SINGLESTAGE PULSE TUBE COOLER OF 20W/20K

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 脉冲管制冷机历史回顾与研究现状

1.2.1 基本型脉冲管制冷机

1.2.2 小孔型脉冲管制冷机

1.2.3 双向进气型脉冲管制冷机

1.2.4 其他类型脉冲管制冷机

1.3 脉冲管制冷机的理论研究

1.3.1 焓流调相理论

1.3.2 热力学非对称理论

1.3.3 热声理论

1.3.4 数值分析

1.4 脉冲管制冷机存在的问题

1.5 本文的主要工作

第2章 单级脉冲管制冷机的数值模拟

2.1 计算模型

2.1.1 计算参数

2.1.2 边界条件

2.2 回热器的多孔介质模型

2.3 计算结果及讨论

2.3.1 小孔阀开度对制冷机性能影响

2.3.2 热端换热器的影响

2.3.3 涡流对制冷机的影响

2.4 本章小结

第3章 单级脉冲管制冷机实验装置

3.1 单级脉冲管制冷机实验装置

3.1.1 脉冲管制冷机部分

3.1.2 压缩机部分

3.1.3 阀门部分

3.1.4 平面旋转阀

3.2 氦气纯化系统

3.3 真空和绝热系统

3.3.1 真空系统和制冷机置换系统

3.3.2 绝热系统

3.4 测量系统

3.4.1 温度测量

3.4.2 制冷量测量

3.5 本章小结

第4章 单级脉冲管制冷机的性能实验

4.1 热端管路对制冷机性能影响

4.1.1 阻力计算

4.1.2 热端管路损失计算

4.1.3 热端管路对制冷性能的影响

4.2 降温过程

4.3 小孔型脉冲管制冷机性能

4.4 双向进气型脉管制冷机性能

4.5 并联双阀双向进气型脉冲管制冷性能

4.6 旁通阀对脉冲管制冷机性能的影响

4.7 系统充气压力对制冷性能的影响

4.8 影响脉冲管制冷性能的其他因素

4.9 本章小结

结论

参考文献

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致谢