預(yù)冷型液氦溫區(qū)高頻脈管制冷機(jī)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)液氦溫區(qū)低溫制冷技術(shù)的需求越來越多，特別是在空間應(yīng)用中，急需采用主動(dòng)制冷的液氦溫區(qū)低溫制冷機(jī)技術(shù)。目前液氦溫區(qū)制冷機(jī)主要有G-M制冷機(jī)和G-M型脈管制冷機(jī)(低頻)，存在體積大、效率低以及需定期維護(hù)等缺點(diǎn)，空間中難以應(yīng)用。與其相比，斯特林制冷機(jī)或斯特林型脈管制冷機(jī)(高頻)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)；其中，脈管制冷機(jī)由于冷端無運(yùn)動(dòng)部件，更易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命的要求，是適合于空間應(yīng)用的理想機(jī)型。因此積極開展液

2、氦溫區(qū)斯特林型高頻脈管制冷機(jī)研究具有重要的科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。
　　 本文首先綜述了液氦溫區(qū)制冷機(jī)的發(fā)展概況，剖析了高頻脈管制冷機(jī)達(dá)到液氦溫區(qū)的難點(diǎn)，在對(duì)各類調(diào)相裝置進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，擬采用低溫慣性管來解決小聲功下調(diào)相不足的難題，建立了適用于低溫慣性管的調(diào)相理論。同時(shí)，結(jié)合前人對(duì)液氦溫區(qū)高頻脈管制冷機(jī)理論設(shè)計(jì)，搭建了一臺(tái)采用兩級(jí)G-M型脈管制冷機(jī)預(yù)冷的高頻脈管制冷機(jī)，開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，為高頻脈管制冷機(jī)達(dá)到液氦溫區(qū)奠定基礎(chǔ)。主要

3、研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1)建立了適用于全溫區(qū)的慣型管理論模型
　　 基于流體網(wǎng)絡(luò)理論的傳輸線模型，考慮低溫下工質(zhì)氣體的非理想性質(zhì)，建立了適合于低溫慣性管的理論模型，開發(fā)了基于LabVIEW軟件的單段慣性管應(yīng)用分析程序，分析了不同溫度、壓比和氣庫(kù)容積對(duì)慣性管調(diào)相能力的影響，繪制了不同溫度下一系列管徑和管長(zhǎng)與入口聲功和調(diào)相角度的調(diào)相圖，不僅可直觀地用于指導(dǎo)低溫慣性管的設(shè)計(jì)，也同樣適用于室溫慣性管。
　　 2)搭建了預(yù)

4、冷型液氦溫區(qū)高頻脈管制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)
　　 基于前期理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，搭建了一臺(tái)由兩級(jí)G-M型脈管制冷機(jī)預(yù)冷單級(jí)高頻脈管制冷機(jī)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為后期試驗(yàn)工作的順利開展奠定了基礎(chǔ)。
　　 3)研制的預(yù)冷型高頻脈管制冷機(jī)達(dá)到液氦溫區(qū)
　　 試驗(yàn)研究表明：在運(yùn)行頻率為30Hz，充氣壓力0.5MPa，輸入功率50W時(shí)，當(dāng)預(yù)冷溫度為9.7K時(shí)，可獲得了5.2K的最低無負(fù)荷制冷溫度，初步實(shí)現(xiàn)了高頻條件下采用氦4工質(zhì)的脈管制冷機(jī)進(jìn)入液氦溫區(qū)