300Hz脉冲管制冷机的研究
Study on High Frequency(300Hz) Pulse Tube Cryocoolers
从脉冲管制冷技术的研究和样机研制来看,目前已经取得了很大的突破.但是工作在100Hz以上的超高频率的脉冲管制冷机仍是一个研究的盲区,造成这一问题的原因主要与脉冲管制冷机的驱动源压缩机有关.决定制冷机性能的关键之一是压缩机,而目前用于驱动高频脉冲管制冷机的线性压缩机的频率一般在70Hz以下.随着近年来热声技术的发展,热声发动机有可能取代机械驱动压缩机与脉冲管制冷机结合,形成完全无运动部件的超高频脉冲管制冷机系统.该文以300Hz的热声发动机驱动脉冲管制冷机,针对蓄冷器的设计以及调相机构的选择进行了理论分析和实验研究,取得了一定的进展和成果.1.对脉冲管制冷机内蓄冷器进行理论计算和实验,从丝网着手,分析单根丝网内的传热,揭示了不同材料、不同尺寸的丝网在各种频率下的不同特性.综合考虑传热特性和热穿透深度,得出的结论是在目前所能得到的丝网中,635目不锈钢丝网是较理想的选择,实验也验证了这一点.2.建立了300Hz脉冲管制冷机实验台,对所研制的三套样机分别进行了实验,着重分析了各种调相机构,充气压力,蓄冷器的尺寸等参数对制冷机性能的影响,直线型样机达到了79.7K的低温,在120K有1W的制冷量.在同轴型样机中发现了其温度在惯性管尺寸较大时出现不稳定现象.3.对惯性管的调相机理进行研究,通过简化流体力学的连续性方程、动量方程和能量方程,建立了惯性管的流体网络模型,分析了不同尺寸的惯性管在300Hz下的不同特性,以及在更高频率下惯性管的调相作用.4.对高频多路旁通型脉冲管制冷机进行了实验研究,采用不同流通面积的旁通配合惯性管和双向进气做调相机构,通过不断改进和优化其配合,极大地提高了制冷机的效率,实验获得了23.1K的低温,35K有0.6W的制冷量,其性能居于世界单级高频脉冲管制冷机的领先地位.
- 作者：
- 杨俊玲
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(理化技术研究所)
- 专业名称：
- 制冷与低温工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2008年
- 导师姓名：
- 周远；梁惊涛；杨鲁伟
- 中图分类号：
- TB651
- 关键词：
- 300Hz脉冲管制冷机；丝网；调相机构；多路旁通
- 300Hz pulse tube cryocooler；screen；phase shifter；multi-bypass