緊湊型兩級GM制冷機實驗測試及性能優(yōu)化.pdf

1、低溫真空泵通過低溫冷凝和低溫吸附的方式獲得真空環(huán)境，其抽速大、極限真空度高、使用方便、工作穩(wěn)定，能夠獲得清潔的真空環(huán)境，使得應用場合日益擴大。Gifford-Mcmahon制冷機(簡稱GM制冷機) 由于結構簡單、運轉可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點，被廣泛用作低溫真空泵的冷源。隨著低溫泵在半導體成膜工業(yè)和光學透鏡涂層等工業(yè)領域的應用日益廣泛，對GM制冷機的制冷溫度和制冷量提出了更高的要求，希望獲得滿足工業(yè)生產要求的相應規(guī)格的兩級GM制冷

2、機。本文在實驗樣機的基礎上進行了詳細的理論分析和實驗研究，設計開發(fā)出滿足性能要求的結構緊湊型兩級GM制冷機，其制冷性能如下：一級最低制冷溫度41.8K，二級冷頭最低制冷溫度7.2K，12K時獲得4.3W制冷量。本文著重進行以下幾方面的理論和實驗研究，取得了一定的進展和成果。 (1)分析了GM制冷機的工作原理和理論制冷循環(huán)過程，以及在制冷循環(huán)過程中氦氣的狀態(tài)變化。在原有實驗樣機的基礎上，對GM制冷機進行了熱力計算。運用熱力學理論詳細

3、地計算了GM制冷機的理論制冷量，以及在實際制冷循環(huán)過程中產生的示功圖損失、回熱器損失和穿梭損失等主要冷量損失，分析了各種參數(shù)對制冷性能的影響，確定了制冷機的主要結構尺寸，并為具體的實驗研究指明了途徑。 (2) 自主設計和搭建了兩級GM制冷機的實驗平臺，建立了制冷溫度測量系統(tǒng)和制冷量測量系統(tǒng)。采用精度良好的溫度傳感器精確測量制冷溫度；利用熱平衡原理，通過冷頭上粘貼的加熱片的發(fā)熱功率來間接獲得制冷量。 (3) 針對常規(guī)蓄冷填料和