13 K thermally coupled two-stage Stirling-type pulse tube refrigerator

A pulse tube refrigerator (PTR), without moving com-ponents in low temperature region, occupies a number of advantages, such as simplicity, reliability, long-life, low vibration and so on. This novel refrigerator is a potential substitute for the common cryocoolers (e.g. G-M coolers and Stirling coolers), capable of cooling infrared detectors and superconductive devices and liquefying cryogenic fluids. Multi-stage PTRs have been developed to attain a cooling temperature below 20 K and to s…     

回热式低温制冷研究进展

 很多特殊的物理现象伴随着低温而出现,低温技术正逐渐渗透到社会生活中的很多领域。回热式制冷作为两类主流低温制冷技术之一,主要包括斯特林制冷机、G-M 制冷机、脉冲管制冷机3 种结构形式。前两种结构技术成熟,但在寿命或效率方面有一定的不足;脉冲管制冷机可靠性和效率均较高,近年来发展最为迅猛。热声理论从声波与固壁相互作用的角度解释了回热式制冷的工作机制,正逐步发展成为研究回热式制冷的统一的理论工具,同时也使一种新的回热式制冷机结构--热声制冷机诞生。其中,双作用热声制冷可能存在较大的发展前景。目前回热式制冷正呈现多热点的发展趋势。回热式制冷在不断拓展应用的同时也在不断深化内在的科学问题研究,改进自身结构,孕育新的发展的机会。     

离心压缩机叶片扩压器噪声的理论和实验研究

利用随机脉动调制理论,建立了离心压缩机谐波噪声和宽频噪声的通用计算模型,对叶片扩压器的声源及其辐射理论进行了深入的理论研究．还对离心压缩机整机声功率级及声功率频谱进行了测量,计算结果与实验结果比较吻合．利用本文提出的方法可以预测离心压缩机的噪声频谱,为设计低噪声离心压缩机、通风机提供了理论依据．     

Advances in thermoacoustic engine and its application to pulse tube refrigeration

Thermoacoustically driven pulse tube refrigerator, a novel cryocooler without any moving components using heat energy as driving power, attracts much effortsfrom the researchers in the field of cryogenics and refrigeration in the past decades. After a short introduction of the history about thermoacoustics, we presented the key technology, followed by a detailed review on theoretical and experimental developments and advances of thermoacoustics.The prospective research emphases are also presented at the end of this review.     

斯特林制冷机性能改进的实验研究

对斯特林制冷机用于制冷温区进行了探讨，提出一种复合型的低温制冷机型式－脉管型斯特林制冷机，并从理论上分析了其制冷机理和性能，同时展开了实验研究，与单一的斯特林制冷机进行了性能对比，得出了有益的结果，脉管型斯特林制冷机用于２４５Ｋ以上温区较单一的斯特林制冷机具有优势。     

长脉冲直线变压器驱动源磁芯输运效率研究

功率源的模块化是高功率电磁发射平台研究的一个重要发展方向,文章针对长脉冲功率源的模块化进行了分析,并对快脉冲直线变压器驱动源磁芯感应磁场的扰动进行了探讨,同时通过其激磁电流的求解对磁芯电流输运效率进行了理论计算,最后结合研究需要对快脉冲直线变压器驱动源的电压输运效率进行了实验,实验结果与理论计算基本一致,从而为模块化长脉冲功率源的研究打下了基础。     

基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的电流传感研究

本文研究了一种基于全光纤马赫－曾德尔干涉仪的高灵敏度电流传感器，干涉仪的一个臂在细金属套管中穿过，对细金属管通以直流电，利用电流的热效应对干涉的两臂长差进行调谐，从而实现了一种相位调制型电流传感器。实验中在消除环境干扰的情况下，采用波长定标法，当直流电流在0－1．8A范围内变化时，干涉谱线中的某一特定波长的移动与电功率成正比，线性拟合度为0．9987，波长最大移动了32nm，调谐速度为19．47nm/W。     

喷水涡旋空气压缩机工作特性的研究

从变质量系统热力学原理出发,考虑喷水涡旋空气压缩机的换热及工作特点,建立了其热力学模型.通过对喷水涡旋压缩机工作过程的模拟,分析了转速、喷水量、功率、排气温度等参数之间的关系.模拟计算及实验结果表明:当喷水量为60kg/h,排气压力为0 2MPa时,涡旋压缩机的实际功率接近于等温功率,并且随着转速的提高逐渐偏离等温功率;容积效率随着转速的提高而增大,在转速小于3000r/min的范围内,转速对涡旋压缩机的容积效率影响较大;排气温度随着喷水量的增大而降低,与绝热过程相比,在压比为2 0时,排气温度的降低大于40K;喷水引起的额外耗功比压缩机的指示功率小3%.     

A 300 Hz high frequency thermoacoustically driven pulse tube cooler

This article introduces the latest progress of a 300 Hz thermoacousUcally driven pulse tube cooler. Based on the experience of former experiments, improvements have been made in the standing-wave engine, pulse tube cooler and their coupling mechanism. An inlet pressure ratio of 1.248 was obtained with the mean pressure and heating power of 4.13 MPa and 1760 W, respectively. A lowest no-load temperature of 69.5 K has been reached under this condition. This is the first time for thermoacoustically driven pulse tube coolers to reach the temperature below 70 K with such a high frequency.     

压缩机驱动用直线永磁电动机的研究

详细讨论了一种新型直线压缩机驱动用永磁往复直线电动机的研制过程，通过分析直线压缩机的谐振工作特性和动圈式直线电动机的结构特点，提出了增设辅助磁钢的设计思路，这样可以减少电动机的漏磁，使电动机内部气隙磁场均匀、磁力线分布合理．在此基础上，推导出了在压缩机谐振状态下的功率和效率计算公式．利用电机电磁场理论和有限元方法，建立了动圈式往复直线电动机电磁场模型，通过Ansoft Maxwell软件平台，降低了直线永磁电动机制造成本，提高了整机效率．通过对直线电动机的特性计算，说明了设计的可行性和准确性，以及利用Ansoft Maxwell进行电磁场计算的精确性。     

直线冰箱压缩机的频率特性

为了开发高性能、高可靠性的直线冰箱压缩机,从理论上分析了影响直线压缩机固有频率的因素,通过实验研究了直线压缩机在不同排气压力和工作频率下的工作特性.研究结果表明:直线压缩机的固有频率不仅与运动组件质量和弹簧刚度有关,还受到排气压力及活塞行程的影响,随排气压力的增大而增大;在不同的排气压力和活塞行程下,当工作频率接近固有频率时,压缩机的工作电流和输入功率最小,压缩机效率最高,工作可靠稳定.在设计直线冰箱压缩机时,为了使其高效、可靠稳定地运行,应保证额定运行工况下的固有频率与工作频率相等.     

斯特林制冷机压缩机固有频率的理论与实验研究

为了提高斯特林制冷机的制冷效率，提出了一个新的更准确的压缩机固有频率计算公式，并详细介绍了推导该公式的思想和方法．在分析活塞受力尤其是气体力的基础上建立了压缩活塞的运动方程，采用旋转矢量分解的方法阐述了气体力的作用机理和物理意义，认为气体既起到气体弹簧又起到吸收压缩功的作用，从而推导出压缩机系统刚度、固有频率的计算公式．以2W@80K牛津型斯特林制冷机为例，实验验证了该计算公式的准确性，与其他现有公式相比，该公式的计算结果与实验值更为一致．并通过不同压缩机负载的实验，验证了对气体力的理论分析．     

MRC-WTP系统的滤波器等效模型与阻抗匹配优化

针对传统电路模型中复杂负载的磁耦合谐振式无线电能传输系统分析过于复杂,在实际应用中很难达到最优阻抗匹配而影响电能传输效率的问题,提出一种基于带通滤波器理论的阻抗匹配优化方法。首先,建立一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的带通滤波器等效模型,通过建立模型简化分析过程并得到无线电能传输系统阻抗匹配的直接表达式;然后,根据阻抗匹配对电能传输效率影响的分析,得到复杂负载下的理论最优阻抗匹配,并且揭示了在低品质因数耦合谐振系统中优化电能传输效率的实际设计约束;最后,通过仿真和实验证明本文提出的最优阻抗匹配设计使系统具有更强的适应能力。     

基于Nd:LGGG连续与调Q脉冲人眼安全激光器研究

1.4μm人眼安全激光具有对人眼安全?对烟雾环境穿透能力强以及易于产生和探测等特点?本文基于Nd:LGGG新晶体,采用石墨烯作为可饱和吸收体,研究了1.4μm人眼安全激光输出特性?在注入泵浦光功率15.6W时,获得2.38W的1.4μm连续激光输出,光 光转换效率为15.4%;在注入泵浦光功率14.3W时,获得平均功率为255mW的1.4μm调Q激光输出,输出脉冲宽度为490ns,重复频率为80kHz,激光单脉冲能量为3.2μJ,脉冲峰值功率6.53W?     

超高频微型脉冲管制冷机回热器优化设计

为了指导超高频回热器设计过程中运行参数的选取,基于准确度较高的回热器设计软件REGEN3.3开展了超高频1W@80K脉冲管制冷机回热器优化设计工作,总结了运行参数对于超高频回热器结构尺寸的影响。研究表明:冷端压比越高,回热器最优长度越短,直径越小;频率对回热器最优直径影响较小,进一步提高频率,回热器长度可适当变短;充气压力对回热器最优长度和直径影响均较小。最后总结出了超高频回热器运行参数选取方法,在保证回热器高效前提下进一步减小回热器尺寸,并将显著减少设计计算量。     

涡旋制冷压缩机外部冷却的研究

为具有外冷结构的涡旋制冷压缩机的工作过程建立了热力学模型,并研制了实验室样机,该压缩机的冷却结构可以深入到样机内部,其冷却效果更好.在搭建的相关冷却水循环回路中对无水冷和不同进口水温下的性能参数进行了测试,结果表明:相对于无水冷的工况,当进口水温为25℃时,输入功和排气温度分别降低了11.9%和36%,制冷量和容积效率分别提高了11%和12.7%,系统的制冷系数COP提高了26.2%;对于有水冷的工况,当进水温度从55℃降低到15℃时,系统的COP约提高1.5%,排气温度从86℃降低到64℃,降低了22℃,水和压缩机的换热量从1 261W升高到2 507W,提高了1 246W.模拟结果与实验结果吻合良好.     

绝热毛细管的临界流动分析

制冷系统的蒸发温度、制冷量、输入功率、性能系数随毛细管的改变而变化，其工作特性对整个系统而言显得十分重要的。因此对毛细管的流动过程建立了质量、能量和动量守恒特性方程，以熵最大原则建立了临界流状态下毛细管出口临界状态的参数关联式，分析计算了进口压力和毛细管内径对出口临界参数的影响，并与标准试验毛细管曲线进行了对比，结果表明，该模型在一定参数范围内与实际状况吻合。     

High pulse energy femtosecond large-mode-area photonic crystal fiber laser

A high pulse energy femtosecond fiber laser based on a large-mode-area photonic crystal fiber is demonstrated. A segment of Yb-doped single-polarization large-mode-area photonic crystal fiber with extremely low nonlinearity is explored as gain media of this fiber laser, resulting in intrinsically envi- ronmentally stability. The fiber laser is based on a linear cavity with dispersion compensation free con- figuration, and the stable mode-locking is obtained by a semiconductor saturable absorber mirror （SESAM）. The fiber laser directly generates 2.5 W of average power at a repetition rate of 51.4 MHz, corresponding to a single pulse energy of 50 nJ. The output pulse duration is 4.2 ps, which is dechirped to 410 fs after extracavity dispersion compensation. The nonlinear absorption of SESAM determines the pulse shaping at low output power, while the mode-locking mechanism is under the balance between spectrum broadening from self-phase-modulation and gain filtering at the high output power.     

GDI发动机与涡轮增压器匹配性能

涡轮增压系统决定了发动机的进气能力,严重影响整机燃烧性能。为优化汽油缸内直喷（GDI）发动机的热效率,利用GT-Power软件搭建了一维仿真计算模型,并基于试验数据完成模型标定。通过热力学仿真计算,分析了不同增压系统对发动机动力性、经济性的影响。研究结果表明：采用定压增压结构,能减少泵气损失,提高发动机在高速工况时的热效率。但其低速性能较差,不满足车用发动机对低速转矩特性的要求。采用脉冲增压结构能有效改善发动机扫气,低速时压气机喘振裕度大。为解决脉冲增压结构高速工况涡端效率较低的问题,扩宽了涡前流道并使用大流量涡轮机方案,使泵气损失明显减少,最大功率点比油耗降低了11.7 g/kWh。证明该措施有效提高了汽油机性能,满足开发需求。     

基于误差修正模型的压缩机组性能预测

针对前期制定的压缩机组运行方案不切实际的问题，开展了离心压缩机性能预测研究。采用误差修正的思想，以某压气站离心压缩机组为研究对象，运用多变换算法对压缩机组性能曲线进行换算，然后，基于最小二乘法曲面拟合原理对经过相似变换后的性能曲线进行拟合。考虑到压缩机组的劣化情况，运用最小二乘法一元拟合原理获得了性能参数的误差修正模型，并与不同工况下的多组历史数据进行对比分析，由误差修正模型得到的轴功率、压比预测值与其实测值的相对误差在3%以内，验证了误差修正模型的可靠性，为压缩机组运行方案的制定提供了切合实际的生产运行基础数据。