10K溫區(qū)雙級G-M制冷機結構優(yōu)化及實驗研究.pdf

1、隨著大型低溫真空泵、高低溫超導器件、核磁共振成像儀（MRI）、紅外探測器、低溫光電子學器件的發(fā)展，大冷量制冷機的工業(yè)需求不斷增長，這些應用場合對制冷機的制冷溫度、可靠性、振動、電磁干擾、能耗、重量等指標提出了苛刻的要求。G-M制冷機憑借其轉速低、振動小、運行穩(wěn)定、壽命長、操作方便等優(yōu)點而得到廣泛地應用，研制大冷量G-M制冷機現(xiàn)已經成為低溫制冷機領域中的重要研究方向。盡管國內外對于雙級G-M制冷機的研究已開展了多年并取得了很好的結果，但其

2、結構和性能方面仍有許多不足之處。本文針對目前雙級G-M制冷機結構中存在的問題，圍繞低溫回熱器蓄冷材料充填方式的改善、二級密封結構的改進、低溫回熱器進排氣孔口的優(yōu)化等方向，進行了相應的結構改進和實驗研究：
　　1）以4W/12K為技術指標，通過對整機進行熱平衡計算，確定了制冷機各結構參數(shù)，設計并搭建了10K溫區(qū)雙級G-M制冷機實驗平臺。
　　2）以上述實驗平臺為基礎，為優(yōu)化回熱器內部蓄冷材料的充填方式，改善氣流分布，增強氣流與

3、蓄冷材料間的熱交換效率，提出了一種新型整流元件。利用REGEN3.3軟件對帶整流元件低溫回熱器進行了優(yōu)化設計，給出了整流元件主要參數(shù)、系統(tǒng)運行參數(shù)和回熱器結構參數(shù)對制冷機主要性能變化的影響趨勢及規(guī)律，提出了整流元件的設計原則。根據(jù)此原則，設計并加工了整流元件，通過實驗研究，對比分析了整流元件各參數(shù)對制冷機性能的影響。
　　3）以上述實驗平臺為基礎，為改進雙級G-M制冷機的低溫密封結構，提高制冷機的制冷性能、運行穩(wěn)定、可靠性及使用壽

4、命，提出了一種新型迷宮密封式活塞，以取代傳統(tǒng)密封環(huán)結構活塞。利用FLUENT軟件對該迷宮活塞進行了優(yōu)化設計，給出了迷宮密封主要結構參數(shù)對氣體泄漏量的影響趨勢及規(guī)律，提出了該新型迷宮活塞的設計原則。根據(jù)此原則，設計并加工了多組不同結構參數(shù)迷宮密封式活塞，通過實驗研究，討論了迷宮結構主要參數(shù)、活塞材料、以及系統(tǒng)充氣壓力對迷宮密封性能和制冷機性能的影響，從而為多級G-M制冷機的設計提供新的借鑒和參考。
　　4）在低溫回熱器其它結構參數(shù)不