以氦-3为工质的回热式气体制冷机性能分析

现有液氦温区回热式低温制冷机的实验测量和理论仿真研究几乎都采用氦-4为工质,改用氦-3为工质时低温制冷机理论上可突破氦-4的λ相变限制,获得低于2K的无负荷制冷温度,并在液氦温区获得更大制冷量.通过比较氦-3与氦-4的热物理性质差异以及低温制冷机回热器仿真计算,从回热器损失、制冷量、相对COP等多个方面定量分析了分别采用氦-3和氦-4为工质时低温回热器的性能.证明氦-3工质可以显著改进回热式气体制冷机的低温制冷性能.     

有阀线性压缩机驱动液氦温区闭式JT制冷机性能

线性压缩机驱动的液氦温区闭式JT(Joule-Thomson)节流制冷系统,是实现深空探测目标的核心技术.为进一步探究闭式JT循环的压缩机工况影响和制冷温度变化情况,搭建了预冷型液氦温区闭式JT节流制冷机实验台.实验中,采用单向阀组与传统线性压缩机结合,获取JT循环所需直流流动氦气工质并提供节流所需大压比.考虑单级有阀线性压缩机压力能力,选取10 K左右预冷温度,测试了不同压缩机工况特性及节流孔的压力流量特性.通过调节活塞位移和压缩机运行频率,可以获得3.91 K的最低温度.该闭式循环JT制冷机在4.09 K稳定工况下可以获得10.8 mW的最大制冷量,为后续多级压缩和更低温区的闭式系统提供可靠的研究基础.     

30K温区百瓦级二级斯特林制冷机

30 K温区大冷量回热式低温制冷机在超导冷却、气体液化等领域具有广阔的应用前景.相较于其他类型的低温制冷机,斯特林制冷机具有结构紧凑、降温速率快、效率高等优势.基于理论分析和数值计算结果研制了一台大冷量二级斯特林制冷机,并对其开展了初步的实验研究.对不同工况下制冷机的压力波特性以及室温端换热器的换热特性进行研究,发现提高充气压力,压缩腔的压力振幅会提高,室温端换热器的换热量提高.提高第二级制冷温度,压缩腔的压力振幅与室温端换热器的换热量减小,且其减小速率均随制冷机第一级热负荷的增加而提高.制冷机无负荷工作时,每提高0.1 MPa充气压力,制冷机第二级制冷温度降至30 K的平均降温速率提高0.72 K/min.在2.6 MPa充气压力时,制冷机第二级可在13.24 min内降至30 K,最终无负荷制冷温度为19.83 K,此时第一级制冷温度为71.2 K.在第一级无热负荷时,该制冷机在30 K时可提供110 W制冷量,相对卡诺效率为10.96%,这是目前国内该类型低温制冷机公开报道的最高性能.     

中子的超低温约束

一般说来,将中子约束在容器中不是一件容易的事,理论上考虑的几种方法中,最有希望的是超低温约束法。有人提出用10A的低温中子在约为1K的液氦中散射而获得超低温中子(UCN)源。液氦     

中子瓶

英国牛津仪器公司声称他们已将世界上第一个商品生产的低温中子瓶交付给法国格勒诺布尔的朗芝万研究所。该中子瓶是一个3米长的不锈钢瓶,充以纯液氦并能在0.6°K 温度下无限期的工作。中子由纯氦冷却成超冷中子并贮存于瓶中。中子可通过工作于0.6°K 的机械阀放出到实验室中。利用此瓶的首批实验之一是探究中子的电偶极矩,其灵敏     

液氦温区分离型二级脉管制冷机研究

研制了一台液氦温区分离型二级脉管制冷机. 该制冷机由两台独立的脉管制冷机组成, 一级回热器冷端和二级回热器中部通过热桥相连, 从根本上弥补了传统耦合型多级脉管制冷机级间干扰的不足. 单独测试第1级脉管最低制冷温度达到13.8 K, 这是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录. 采用双压缩机双旋转阀驱动该二级脉管, 第2级最低制冷温度达2.5 K, 并可同时在4.2 K和37.5 K获得508 mW和15 W制冷量. 为了简化结构、扩大应用, 首次采用单压缩机单旋转阀驱动分离型脉管制冷机, 达到了相同的制冷性能.     

我国大型低温制冷技术取得重大突破

<正>百瓦级功率,制冷至零下18摄氏度,家用冰箱可以做到。同等功率,制冷至零下271摄氏度,则需要国际先进技术。近日,国家重大科研装备研制项目"液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制"通过验收及成果鉴定,标志着我国具备了研制液氦温度(零下269摄氏度)千瓦级和超流氦温度(零下271摄氏度)百瓦级大型低温制冷装备的能力。     

空间液氦温区J-T节流制冷机套管换热器优化

空间液氦温区J-T节流制冷机技术是目前深空探测任务的主要制冷技术,而逆流换热器是液氦温区J-T节流制冷机的关键部件之一.螺旋套管换热器结构简单,体积重量较小,在空间液氦温区J-T节流制冷机中被普遍采用.本文分析了螺旋套管换热器效率对节流循环的影响,并对换热器进行了理论分析和优化设计.分析表明减小螺旋套管换热器的管径和螺旋直径可以提高换热器的换热系数,进而提升换热器的效率.开展了相关的实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性,证明提升套管换热器效率,可以降低节流循环对预冷量的需求,同时降低节流前温度,最终提高预冷型J-T节流制冷机的整机效率和制冷量.     

重力作用下HeⅡ-HeⅠ的相变特性

对超流体液氦（HeⅡ）向正常流体液氦（HeⅠ）的相变进行了实验研究。在极小热流密度下,HeⅡ-HeⅠ的相界面由实验样品腔底部向顶部传播。用4个高精度温度传感器（HRTs)对相变前后的温度变化过程进行了测量。对重力作用下λ点温度（相变温度）随压力的变化进行了理论和实验研究。结果表明在重力作用下,λ点温度的变化幅度随压力增加而增加,理论与实验吻合较好。     

电子碰撞引起的元素钬和锇的L壳电离

无论在基础研究方面, 还是在高技术应用方面, 电子轰击原子的内壳电离截面都具有重要意义. 目前电子轰击元素K和L壳层电离截面的测量多采用薄靶或气体靶, 气体靶仅限于少数气体元素, 而薄靶又因制靶的困难使测量工作难于开展. 为了解决这些难题, 提出在厚衬底上镀薄膜的新方法来测量元素内壳电离截面. 用薄靶厚衬底技术测量了电子碰撞引起的元素钬和锇 L 壳分产生截面、总产生截面和平均电离截面, 电子能量从阈能附近到36 keV. 同时, 采用电子输运双群模型对衬底反射电子的影响作修正, 并把实验结果与Gryzinski和McGuire的两个理论计算结果进行比较.     

两步法合成Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_(10)超导体及其化学动力学分析

Bi系超导体中由于2201,2212等低温相不同程度地与2223相共生,使制备高T_c的2223相样品十分困难.掺Pb掺F能增强高温相的形成,并获得零电阻温度分别为107K和118K的2223相超导体.但是到目前为止,大多数的实验结果指出,在不掺杂的条件下一步直接合成铋系超导体,很难得到2223相为主要成分,零电阻温度T_(CO)超过100K的样品.本研究采用先制备Bi_2Sr_2CaCu_2O_8样品,再与CaO,CuO反应的两步法合成2223相的样品,表明它比一步合成Bi_2Sr_2Ca_3CuO_(10)的效果要好得多,并对这两种不同方法合成2223相铋系样品的结果进行了化学动力学分析.     

空间液氦温区J-T节流制冷机节流微孔实验

液氦温区节流制冷机在空间探测中获得了广泛的应用,基于本实验室研制的多级高频脉冲管预冷节流循环的复合式制冷机,针对节流微孔对节流制冷机性能的影响进行分析和实验.研究发现,节流微孔的尺寸不仅影响节流制冷机的流量,对节流制冷效果也有着重要影响.通过实验对不同孔径微孔进行了研究,获得了最佳微孔尺寸.此外,对节流前高压对节流制冷机流量、制冷机和最低无负荷温度的影响进行了分析和实验研究.基于此,采用三级无油线性压缩机驱动节流循环,测试了闭式循环节流制冷机的性能,在4.48 K获得了81.5 m W的制冷量.     

LiCl-NaCl-KCl相图的实验测量和热力学优化

碱金属氯化盐混合物LiCl-NaCl-KCl可以作为熔盐电解法制备稀土及其合金的电解质,该体系的相图是构建含稀土的多元氯化盐体系热力学数据库的基础.本文采用差热分析法对二元系LiCl-NaCl和三元系LiCl-NaCl-KCl的相图进行了实验测量,并基于新的实验数据和文献数据对这两个体系的相图重新进行了热力学优化,修正了现有数据库中LiCl-NaCl-KCl的热力学参数.计算得到的LiCl-NaCl是二元匀晶体系,极小值点位于xNaCl=0.262,温度为820 K.与前人的优化结果相比,本文计算得到的固相线更接近实验值.计算结果表明, LiCl-NaCl-KCl的液相面有一个极小值点,而不是四相共晶点,对应的组分为55%LiCl-8%NaCl-37%KCl,温度为620 K.     

探测低能量太阳中微子的低温两相电子泡探测器

提出并设计了一种新型的低温两相中微子探测器, 它利用电子泡在液氦池中特殊的传输特性, 实时、高效地测量了来自太阳质子-质子反应产生的低能量中微子. 该电子泡探测器的工作原理类似于时间投影室, 当入射中微子进入到探测介质液氦池中后, 与氦原子发生作用, 会激发弹性散射电子, 通过测量这些散射电子的能量及轨迹并与放射性背景信号分开, 就可以反推出入射中微子的能量和其他性质. 由于散射电子的信号很弱, 因此使用位于液面上方饱和蒸汽区的气体电子倍增器放大电子信号. 这种技术的突出优点是具有极高的空间分辨率和很好地抑制电离信号反馈的功能. 基于气体电子倍增器读取电信号和高精度CCD相机以进行探测光信号的新型时间投影室的研究, 目的是建造一个三维的空间分辨率为几个毫米量级的大型液氦低温探测器, 以探测能量低至100~200 keV的太阳中微子.     

无需冷却的超导体存在吗？

无需冷却的超导体存在吗？乔阿光编译在温度低到某个临界值时，某些金属或合金会处于超导状态，即电阻接近于零。最高的临界温度长期以来一直是１８Ｋ，这种低温一般要用液氦冷却才能达到，因而大大限制了它的实用性。１９８６年１０月两位瑞士科学家发现一种含有稀有元素...     

QLT处理9Ni低温钢精细结构的动力学模拟和实验

采用Thermo-Calc/Dictra热力学/动力学计算方法完成了淬火-两相区淬火-回火(QLT)处理9Ni低温钢精细结构的动力学模拟.计算结果表明,9Ni钢经QLT热处理后,在同一马氏体板条内部产生多处成分起伏,C含量的峰值为0.40%左右,而Ni含量的峰值达到18%左右.随着两相区淬火温度的降低或回火温度的提高,成分富集区的宽度提高.回火时间的延长和回火温度的提高具有类似的效果.实验观察结果和计算结果较为吻合.     

低温极端环境下氮化铝陶瓷断裂行为及第二相的影响

氮化铝陶瓷在低温工程中有着良好的应用前景,但这方面的研究报道甚少.本文对氮化铝陶瓷的低温断裂行为进行了系统研究,以液氮和干冰作为制冷剂,测试低温环境下材料的抗弯强度和断裂韧性.当测试温度从293 K降低到77 K时,氮化铝陶瓷抗弯强度从364.6±29.2MPa增加至415.3±21.7 MPa,断裂韧性从3.98±0.19 MPa m1/2增加到4.59±0.28 MPa m1/2,同时发现穿晶断裂比例从7.3%增加至14.5%.基于实验结果,分析了陶瓷中第二相引起的残余应力对三叉晶界处氮化铝晶粒以及裂纹扩展方式的影响,结果表明,低温下第二相导致氮化铝陶瓷断裂模式发生改变;通过调控第二相在基体中的分布状况可以改善氮化铝陶瓷性能,对于氮化铝陶瓷的低温工程应用具有参考价值.     

CeO2-ZrO2系统的高压固态反应和性质

以化学共沉淀法制备的CeO2和ZrO2纳米微粒为前驱体, 在高压高温(3.1 GPa, 1073 K)下合成了单相Ce0.5Zr0.5O2面心立方固溶体, 固溶温度明显低于常压下的固态反应温度. 结构分析表明, 立方Ce0.5Zr0.5O2固溶体在773 K以下是热稳定的. EPR结果显示Ce0.5Zr0.5O2固溶体中Ce离子完全以Ce4+形式存在, 773 K退火也不引起Ce4+向Ce3+的还原. 阻抗谱测量表明固溶体是离子导体, 823 K时, 电导率 ? = 1.2×10?5 S/cm, 与纯CeO2在同温度下的电导率同数量级; 1123 K时, ? = 2.1×10?3 S/cm, 小于掺杂的氧化锆和氧化铈基电解质的电导率. 在高温区和低温区ln(σT )与1/T的关系满足斜率不同的两条直线, 但低温活化能小于高温活化能. 对实验结果进行了讨论.     

GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As短周期超晶格中负微分电导效应的观察

1970年,Esaki和Lsu提出了半导体超晶格的概念,旨在获得一个全新物理范畴的电子性质.由于超晶格中电子态之间的耦合,导致微带形成,载流子在这些微带中的输运将展现出新的物理现象,例如,Esaki和Lsu所预言的负微分电导效应.然而,后来在超晶格中载流子纵向输运实验上所观察到的低温条件下的负微分电导效应是由于高场畴或者级连共振隧穿引起的.最近,Sibille等人在GaAs/AlAs短周期超晶格中在室温条件下观察到Esaki-Lsu所预言的负微分电导效应.在本文中,我们给出了GaAs/Al_0.3Ga_0.7As短周期超晶格在300K和77K温度下的微带输运实验结果,两个温度下的实验数据均表现出清楚的负微分电导效应,而且77K温度下的微带电导明显地大于300K下的微带电导,这与理论的预言是相符的.     

热驱动深度制冷循环

吸收制冷循环能利用低品位热能, 例如太阳能、地热和废热等, 具有节能和环保等一系列优点, 有着十分宽广的发展前景. 然而, 传统吸收制冷循环无法获得低的制冷温度, 这一缺陷极大地限制了吸收制冷的应用范围. 为此, 本文研究了一个综合有吸收制冷循环和压缩式自行复叠循环优点的新吸收制冷循环, 以期达到利用低品位热能获得低温的目的, 该循环采用R23 + R134a/DMF工质对. 通过新循环数学物理模型的计算表明, 在160℃发生温度下, 新循环可以获得约-62℃的制冷温度, 远低于传统基本吸收制冷循环所能获得的制冷温度. 同时, 在157℃发生温度下, 新吸收制冷系统获得了-47.3℃制冷温度, 为吸收制冷循环迄今为止获得的最低制冷温度. 理论和实验结果都证明了采用自行复叠原理的新循环能够利用低品位热能获得低的制冷温度. 新吸收制冷循环也可以为其他形式热驱动深度制冷方法提供有益的参考.