| 题名 | 超高频脉冲管制冷机的理论与实验研究 |
| 答辩日期 | 2011 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 周远 |
| 关键词 | 超高频 脉冲管制冷机 最大位移 热穿透深度 惯性管 |
| 学位专业 | 博士 ; 制冷及低温工程 |
| 中文摘要 | 由于脉冲管制冷机在航天航空和国防军事等领域的应用越来越广泛，要求新一代的制冷机既要能缩小尺寸，提高能流密度，又要其制作成本低下，可靠性好，这就需要提高脉冲管的工作频率至超高频（100Hz以上），以达到其应用要求。同时，随着热声学理论及热声发动机实验的突破和发展，超高频脉冲管制冷机被低温工作者提出的。研究超高频条件下脉冲管制冷机中热力学、流动、换热问题与准稳态、低频等常规条件下的不同特性，可以发展出具有我国特色的新一代低温制冷机关键技术。因此，本文主要围绕目前国内外研究较少，逐渐成为前沿热点的超高频脉冲管制冷机，从其工作特性、实验现象和整机优化等几个方面进行了探索和研究，主要内容如下： 1，针对脉冲管系统的重要部件蓄冷器，通过对蓄冷器中的不同丝网填料和工作介质氦气在各个频率下的热穿透深度计算研究了蓄冷器的换热性能。计算结果表明，在高频和低温下，铜丝网表现出最佳的热穿透深度，不锈钢丝网次之，氦气最差，因此，高频和低温下氦气的热穿透深度不足将导致蓄冷器的换热效果变差，使得制冷机冷头温度偏高。同时，由于铜丝网的轴向导热损失较大，因此，实验中选取不锈钢丝网为蓄冷器的填料。 2，针对脉冲管系统的重要部件调相结构，通过对惯性管调相机构相位角在不同频率和不同尺寸下的计算研究了惯性管的调相功能。计算结果表明，采用组合式的惯性管，可以获得比单一截面的惯性管更宽的调相范围，更有利于选择合适的相位角和阻力幅值。因此，实验中可以采用组合惯性管来优化制冷机系统，获取更低的制冷温度。 3，在模拟计算结合文献经验的基础上，自行设计了一套工作在300Hz下的两级脉冲管制冷机系统，这是目前报道的第一台超高频两级系统。经过热声发动机、声学放大器、惯性管和二级脉管的系统优化后，该制冷机系统的二级冷头最低温度降至57.91K，在81.88K下有0.5W的制冷量。此实验结果为国际领先水平，满足的最初的设计要求，符合一些小型低温设备的要求。 4，采用最大位移分析法从一个新的角度展示了脉冲管制冷机内部气体微团运动和工作过程。通过数学和物理模型的建立分析了气体微团的工作方式，推导了冷端相位角和最大位移的表达式，并对冷端相位角和最大位移在高频和低频下工作机理的不同进行了研究和分析，解释了脉冲管制冷机在超高频下的冷头工作温度偏高以及降温速度较慢等实验现象，进一步了解脉冲管内的传热情况和流动规律，补充了超高频脉冲管制冷机理论上的不足。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.2.71:8080/handle/181331/10953]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_全文传递文献库_qwcd 学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | . 超高频脉冲管制冷机的理论与实验研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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