百毫瓦液氦温区节流制冷机换热器的仿真设计及实验验证

摘要

本文基于在液氦温区取得百毫瓦级冷量的制冷目标,设计计算了节流制冷机多级换热器。分析了换热器与预冷机组以及压缩机组的负载之间的关系,给出了节流制冷机一二级预冷温度、高压工况、流量等设计边界参数。通过Matlab建立换热器一维仿真计算模型,以各级换热器低压侧沿程压降作为目标函数,对各级换热器的管径和管长组合做出了寻优,计算得到了三级换热器的最优尺寸参数组合。最后通过实验验证了计算模型的准确度,实验测得换热器换热效率与计算值偏差为0.31%~1.04%,测得低压侧沿程压降偏差值为5.5%~11.9%,并成功在4.3 K取得了97 mW的制冷量。