线性压缩机及其驱动两级脉管制冷机研究

摘要

随着科学技术的进步，航天、军事、信息、生物医疗和工业生产等诸多领域对低温制冷机提出了越来越广泛的需求，促进了低温制冷机技术的发展。高频脉管制冷机由于具有结构紧凑、重量轻、效率高以及寿命长等优点，成为低温领域的研究热点之一。在红外传感器冷却、氢能储存以及高温超导应用等方面，都需要采用多级结构的高频脉管制冷机才能达到所需要的制冷温度。因此，研究两级高频脉管制冷机具有非常大的实用价值。
　　 本文首先回顾了脉管制冷机的发展历史和最新成就，然后重点研究了以下若干问题：
　　 1.线性压缩机板弹簧支承技术研究。通过有限元分析方法，总结出了板弹簧结构参数与其主要性能之间的关系。在此基础上，完成了线性压缩机所需板弹簧的优化设计与加工，并对其性能进行了实验验证。
　　 2.两级高频脉管制冷机系统的优化设计。主要包括两级脉管冷头的级问耦合方式确定、回热器与脉管尺寸优化设计、换热器与调相机构设计等；线性压缩机结构设计、直线电机电磁仿真计算等。
　　 3.线性压缩机驱动RC负载的性能研究。通过实验分析了板弹簧刚度、输出负载特性以及输入电功率等对压缩机输出性能的影响。
　　 4.线性压缩机驱动两级脉管冷头性能实验研究。实验研究了制冷机充气压力、工作频率以及输入电功率等对制冷机性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

第一章 绪论

1.1 两级高频脉管制冷机的研究意义

1.2 脉管制冷机的研究进展

1.2.1 脉管制冷机的实验研究进展

1.2.2 多级高频脉管制冷机的最新进展

1.2.3 脉管制冷机的理论分析方法

1.3 线性压缩机的研究进展

1.3.1 直线电机技术

1.3.2 动磁式直线电机研究进展

1.3.3 线性压缩机支承技术

1.4 本文的主要工作

第二章 板弹簧优化设计与性能研究

2.1 引言

2.2 圆渐开线型板弹簧设计方法

2.2.1 圆渐开线型板弹簧蜗旋槽曲线

2.2.2 蜗旋槽的首尾封闭方法

2.2.3 蜗旋槽的卒间排列方式

2.2.4 安装孔的设计

2.2.5 板弹簧材料的选择

2.3 板弹簧性能有限元分析

2.3.1 板弹簧的主要性能指标

2.3.2 有限元分析方法介绍

2.3.3 板弹簧几何参数对其性能的影响

2.3.4 板弹簧应力分布的优化

2.3.5 板弹簧的自振频率分析

2.4 板弹簧性能实验研究

2.4.1 板弹簧性能测试装置

2.4.2 板弹簧轴向刚度实验验证

2.4.3 板弹簧自振频率实验验证

2.5 本章小结

第三章 两级高频脉管制冷机的优化设计

3.1 引言

3.2 两级脉管制冷机设计

3.2.1 回热器和脉管的布置形式

3.2.2 脉管制冷机的级问耦合方式

3.2.3 调相机构的选择

3.2.4 回热器的优化设计

3.2.5 两级高频脉管制冷机其他参数的确定

3.3 线性压缩机的优化设计

3.3.1 动磁式线性压缩机介绍

3.3.2 线性压缩机谐振系统分析方法

3.3.3 直线电机的有限元优化设计

3.3.4 线性压缩机的排气容积和PV功确定

3.4 本章小结

第四章 两级高频脉管制冷机实验研究

4.1 两级高频脉管制冷机实验装置

4.1.1 线性压缩机

4.1.2 两级脉管冷头

4.1.3 实验测量系统介绍

4.2 线性压缩机驱动阻容负载的实验研究

4.2.1 实验原理与装置

4.2.2 充气压力对压缩机性能的影响

4.2.3 阻容负载阻抗对压缩机性能的影响

4.2.4 板弹簧刚度对压缩机性能的影响

4.2.5 输入电功率对压缩机性能的影响

4.3 线性压缩机驱动两级脉管制冷机的性能实验研究

4.3.1 工作频率对制冷机性能的影响

4.3.2 充气压力对制冷机性能的影响

4.3.3 输入电功率对制冷机性能的影响

4.3.4 两级高频脉管制冷机的降温曲线和制冷量曲线

4.4 本章小结

第五章 全文总结

5.1 主要研究内容

5.2 主要创新点

5.2 展望

参考文献

附录：发表论文、参与科研项目及获奖情况

致谢