脉冲强磁场装置中双冷源样品腔动态传热过程与实验研究

摘要

脉冲强磁场装置是开展极端条件下科学研究的重要装置。低温系统是其重要组成部分，是整个装置可靠运行的前提和保障。脉冲强磁场装置低温系统主要包括磁体低温冷却系统和样品腔低温冷却系统。 本文分析了脉冲强磁场装置建设的必要性，并从磁体和样品腔两个方面详细阐述了脉冲强磁场装置低温系统的构建模式，对其中两套装置的主体实验台进行了详细的结构设计。 样品腔的冷却是为了实现和保持样品区域的低温环境。本文对系统中双冷源样品腔进行了传热分析，针对样品腔冷却过程的传热特点，建立了合理的二维非稳态传热模型，通过数值模拟得出了样品腔底部的温度变化曲线和轴向的温度分布。计算结果表明经过两个小时冷却后，样品腔底部温度基本稳定在6.27K。 本文还进行了装置中GM制冷机性能测试实验和样品腔降温实验研究。制冷机性能检测实验校核了制冷机的性能参数，分别测出了制冷机在空载和负载时一、二级冷头的温度变化曲线，实验结果证实了制冷机的选型的正确性。样品腔的降温过程实验得出了样品腔的冷却温度，通过对比样品腔的实际的降温过程曲线和模拟计算结果，核实了数理模型及计算方法的合理性。通过实验研究，作者分析总结了实验台设计及制造过程中存在的缺陷，同时，样品腔冷却过程的传热分析和实验研究结果也为整个装置的结构及其低温系统的优化设计提供了参考。