15K热耦合两级脉管制冷机低温段回热器长径比理论及实验研究

为了提高脉管制冷机的制冷量和效率,解决液氢温区以下多级脉管制冷机效率低下的问题,对关键部件之一的低温段回热器尺寸进行了设计优化。针对15 K两级脉管制冷机,首先采用数值模拟仿真的方法研究了低温段回热器尺寸对制冷机内部各项损失以及性能的影响,获得了等效长径比的最优值3.81;然后研制了等效长径比分别为3.81、6.80的两种低温段回热器进行实验对比。实验结果表明,制冷机低温段回热器等效长径比为3.81时,制冷机性能更好,且在30 Hz下,可以在15 K获得制冷量0.91 W,此时各级总输入电功为386 W,整机的比卡诺效率达到4.45%。该研究可为制冷机低温段回热器的设计优化提供参考,对多级脉管制冷机的效率提升具有一定的指导意义。     

脉管制冷机内自然对流影响的数值分析

通过对脉管内自然对流的数值模拟,在相同的冷、热端温度条件下,研究重力的方向对脉管内自然对流的流场、温度场及脉管内热交换的影响,并进行了对比分析。采用二维圆柱坐标,引入Boussinesq假设,计算稳态的自然对流。计算表明,冷端在下（冷面朝上）时,自然对流对脉管内的换热有抑制的作用,有利于保持两端的温差,从而使得在冷端与冷端温度相同、热端与热端温度相同的情况下,冷端在下时端部所需的导热量是冷端在上时的31％。这一结论与实验测试结果一致。所做的理论分析对脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(下)

综述了文献中应用数值分析方法对讨论场协同原理在脉管制冷机性能分析中应用的情况，说明迄今为止三代脉管制冷机性能的改进都可以用场协同原理得到合理的解释。最后给出了应用场协同原理改进脉管制冷机性能的实例以及作者对进一步开展研究的设想。     

脉管制冷机的整机数值模拟

建立了适用于基本型、小孔型和双向进气型等脉管制冷机整机模拟的一维和二维混合计算模型,采用Darcy-Brinkman-Forchheimer模型和局部非热平衡模型描述回热器内部的流动与换热,并给出了一维与二维计算区域连接界面的速度和温度等重要参数的传递法则.开发了基于1-2混合计算模型的脉管制冷机整机数值模拟程序,对3种脉管制冷机主要部件的流场和温度场特性进行了详细分析,直观地刻画了脉管制冷机内的工作过程以及复杂流动和换热现象,例如"速度转向"、"速度环效应"、"温度环效应"和DC流等.结果表明,双向进气阀的引入形成了脉管制冷机的闭合回路,带来了DC流现象,文中运行参数下的DC流占总流量的4.66%.     

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。     

脉管制冷机的热力学第一定律和第二定律分析

采用热力学第一定律和第二定律分别对小孔型和双向进气型脉管制冷机进行了热力学分析，揭示了制冷机内部的流动和传热过程的动态特性．用数值模拟方法得到了制冷机内部各点的压力、温度、质量流率等参数的瞬时变化情况及整机的制冷系数，并得到了制冷机各部件的yōng损失及整机的yōng效率．计算结果表明：针对所研究的脉管制冷机从小孔型到双向进气型的改进使得制冷机的制冷系数从0．091提高到了0．108，yōng效率从25．04％提高到了29．95％；回热器和小孔阀是制冷机中产生yōng损失的主要部件．分析结果为脉管制冷机的进一步优化指明了改进途径．     

20～30K两级脉管制冷机相位特性对比研究

液氢温区热耦合两级脉管制冷机中,低温级的相位调节是性能优化的关键之一,为此,采用主动相位调节方式对低温级脉管相位特性进行研究,分析对比调相活塞相对压缩机活塞运动相位差变化时,冷指内相位分布的变化以及对制冷性能的影响.研究结果表明:当活塞行程一定时,随着活塞相位差增加,在低温段回热器两端,压力波相对于质量流的相位差(PU...     

制冷机直接冷却高温超导磁体的实验研究

利用5W／20K GM制冷机对高温超导磁体(HTS-SMES)进行了直接冷却实验研究，HTS磁体用Bi-2223带材绕制，内径72mm，外径112mm，高110mm,高温超导磁体经过16h冷却，达到25．4K低温温度.磁体轴向温差为2．8K，径向温差小于1K．实验表明，设计的高温超导磁体直接冷却结构和实验装置是可行的,为高温超导磁储能磁体直接冷却取得了理论分析依据和买验数据.     

变截面叠合结构力学特性数值模拟

为了探讨不同预制板截面高度与叠合后截面总高度比例对叠合结构力学特性的影响,利用ABAQUS软件对比例为0.6、0.5和3/7的叠合板进行有限元分析.模拟结果表明,该比例的变化对后浇层受压混凝土的"应变滞后"和钢筋的"应力超前"等叠合结构的典型力学性能具有重要影响.本文的研究为叠合结构的设计和工程应用提供了理论基础.     

热管吸附制冷机的实验研究与数值模拟

提出了一种太阳能制冷用热管吸附床，并通过实验与数值模拟考察了其传热性能，数值模拟表明，热管能明显地改善吸附床的传热性能，系统工作性能系数约能提高7％－10％，实验结果亦验证了这一点。     

最佳脉管长径比优化设计的理论分析及数值模拟

采用数值模拟的方法，对脉管制冷机中脉管的一个重要参数－长径比的影响进行了研究。发现脉管存在一个最佳长径比，在该长径比下制冷量最大。最佳长径比随着结构以及运行参数（频率等）的不同而有所变化。对一台频率为17Hz的串联脉管制冷机进行计算，发现脉管最佳长径比为9．0。     

基于半导体制冷的热电偶实验仪

介绍了半导体制冷片的基本结构,基于半导体制冷片和单片机设计了热电偶温度特性研究实验,设计完成了温度特性研究系统的硬件电路和软件构造,探讨了单片机和半导体制冷片在物理实验中的应用。该实验平台具有很好的扩张性,可用于设计组成各种温度控制类的实验内容。所完成的温度特性研究实验系统具有集成度高、体积小、使用方便等特点。     

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。     

间冷式电冰箱系统的动态过程

间冷式电冰箱的制冷量通过空气强迫对流流动进行分配,热力参数是时间和位置的函数,而且参数间相互耦合．由于实际装置的复杂性,需要对间冷式冰箱装置进行深入细致的分析研究,方可建立既能描述动态过程,又具有仿真计算可行性的模型．将间冷式电冰箱分解为主动系统与被动系统,在对两系统进行详细的关联性分析后,建立了间冷式电冰箱系统的仿真计算模型．计算结果与实验结果的比较表明,仿真计算模型能较好地描述间冷式电冰箱的动态过程     

太阳能光伏直流冰箱系统的试验研究

针对太阳能冰箱尚难达到实用化的问题,对24V太阳能光伏直流冰箱系统的性能进行了实验研究与分析．该系统采用直流压缩机．以太阳能作为唯一动力源,并配备蓄电池,利用USB数据采集装置采集了直流冰箱系统在运行过程中系统各部件的电压、电流以及冰箱内部温度等数据信息．在空载运行及蓄冷负载状态下对系统的性能指标进行测试．实验结果表明：该直流冰箱系统能够正常运行,空载稳态运行时冰箱运转率约为48．8％,平均耗功约为28．8W．加入0．5kg纯水作为蓄冷负载之后,冰箱的稳态运转率约为40．1％,有效地提高了冰箱的性能．     

He-H2 mixture and Er3NiHx packing for the refrigeration enhancement of pulse tube refrigerator

The computation with the theory of modified Brayton Cycle indicates that higher cooling power and coefficient of performance for a pulse tube refrigerator can be achieved with He-H2 mixture as working gas than those with pure He in the temperature region of 30 K. In addition, it is found that Er3Ni, a regenerative material, is able to absorb H2 and produces Er3NiHx. The computation presents that the regenerative performance of Er3NiHx is better than that of Er3Ni due to its higher volume specific heat. Experimental results show that the pulse tube refrigeration performance in 30 K temperature region is enhanced greatly with He-H2 mixture and Er3NiHx packing.     

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…     

脉冲电晕等离子体净化有机污染物甲苯的实验研究

对脉冲电晕等离子体技术净化有机污染物甲苯进行了实验研究,考察脉冲成形电容、脉冲峰值电压、脉冲频率、气体流量、气体入口质量浓度等因素对净化效率的影响;实验结果表明成形电容有一最佳值;净化效果随峰值电压、脉冲频率增大而升高,随气体流量、进口质量浓度增大而降低。