摘要：本文针对高压差比、超低温、微小流量、两相流等工况,采用包络线法设计的阀芯型面,根据低温绝热和机械性能要求设计了阀门的整体结构,并通过数值方法对不同开度下的内部流动特性进行了仿真分析。结果表明,该调节阀可实现20:1等比例调节(最大Kv值0.05),工作状态下漏热量不超过0.12 W,满足低温变温系统的需求。

摘要：研制的一台高频脉冲管制冷机最低温度3.47 K,为目前高频制冷机的最低记录。首先基于相位调节的角度对多路旁通的工作机制进行分析,进一步设计了由单级同轴型多路旁通结构演变而成的气耦合多级结构。设计的制冷机三级温度分布为:77 K,20 K和4 K。研制的样机在输入电功250 W,液氮提供12.1 W预冷量时,能够在5.2 K获得20 mW制冷量。若使用77 K高效制冷机替代液氮,整机功耗有望在385 W以内,效率高于此温区已报道的其他高频脉冲管制冷机。

摘要：在介绍已发射和在研液氦温区低温探测器的任务目标和对低温系统性能要求的基础上,分析了空间用液氦温区机械式制冷技术的设计方法和工作性能,并对其发展趋势进行了展望.当前空间液氦温区机械式制冷技术主要采用线性压缩机驱动的预冷型4 He和3 He J-T节流制冷技术,而对于提供预冷的斯特林制冷机、吸附制冷机和高频脉管制冷机而言,进一步提高制冷效率是实现整机高效运行的关键.

摘要：从主动制冷的角度,探索冷端无运动部件的低温制冷机-脉管制冷机高频下达到液氦温区的条件,在前期理论设计的基础上,研制了一台预冷型的单级高频脉管制冷机,采用低温惯性管和低温气库为调相方式,开展了频率、平均充气压力、预冷温度以及输入功率等对制冷机性能影响的实验研究。实验结果表明:当采用氦-4为工质,预冷温度为4.54 K,工作压力为0.775 MPa,工作频率为40 Hz时,该制冷机最低无负荷制冷温度达4.23 K。

摘要：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.

摘要：为了提高液氦温区JT制冷机的工作效率,对液氦温区JT制冷机用套管换热器开展研究。基于理论计算研究了结构尺寸和螺旋半径对液氦温区套管换热器效率及对液氦温区制冷量的影响。采用标准k-ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLE算法构建套管换热器数值计算模型,分析内外管内氦气工质温度分布情况。结果表明:在换热器压降较小时,减小管径和螺旋半径可以增大液氦温区套管换热器总换热系数,增大换热效率,提高JT制冷机整机性能。该研究可为液氦温区JT制冷机套管换热器的设计提供参考依据。

摘要：本文基于在液氦温区取得百毫瓦级冷量的制冷目标,设计计算了节流制冷机多级换热器。分析了换热器与预冷机组以及压缩机组的负载之间的关系,给出了节流制冷机一二级预冷温度、高压工况、流量等设计边界参数。通过Matlab建立换热器一维仿真计算模型,以各级换热器低压侧沿程压降作为目标函数,对各级换热器的管径和管长组合做出了寻优,计算得到了三级换热器的最优尺寸参数组合。最后通过实验验证了计算模型的准确度,实验测得换热器换热效率与计算值偏差为0.31%~1.04%,测得低压侧沿程压降偏差值为5.5%~11.9%,并成功在4.3 K取得了97 mW的制冷量。

摘要：液氦温区高频脉冲管制冷机具有体积功耗小、质量轻、低振动等优点,因此在太赫兹通信、深空探测和空间科学实验等方面的应用具有独特的优势,是国内外深低温机械式制冷机的研究热点。而低温回热材料的性能是制约深低温制冷机发展的关键因素。利用实验室自主设计的液氦温区两级脉冲管制冷机及北京科技大学提供的Gd_2O_2S(GOS)材料,从填充长度等方面,对回热材料在液氦温区高频脉冲管制冷机的应用进行了实验研究。实验结果表明,在目前工况下,回热材料HoCu_2的实验效果是优于GOS,并对此做出了分析和解释。

摘要：液氦温区GM型脉冲管制冷机由于具有大冷量、低振动、高可靠性等优点,在凝聚态物理、量子计算等前沿领域具有重要应用.调相机构对脉冲管制冷机性能有重要影响,先前针对GM型脉冲管制冷机调相机构的研究,主要集中在制冷机获取液氦温度后单个调相元件对制冷性能的影响方面.本文围绕4 K GM型脉冲管制冷机,基于Sage软件设计并构建了气耦合两级结构的整机仿真模型,分析了一、二级小孔和一、二级双向分别对两级制冷温度的影响,研究了制冷机达到液氦温区温度的调节优化过程.在此基础上,搭建了实验系统,实验样机经优化最低温度可达3.1 K,并可在4.2 K提供0.8 W制冷量.该研究不仅可以推进4 K制冷平台国产化进程,对相关前沿基础科学研究和重要科学仪器设备的自主研制也有支撑作用.

摘要：面对宽幅地形测绘和空基大气测量等应用的需求,迫切需要发展能够适应机载平台的低功耗的小型化单光子探测系统.超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因性能优异,已被应用到量子信息、深空通信和远程激光雷达等领域.然而,常规SNSPD所需低温系统的体积和重量均较大,不易于应用到机载平台.截至目前,国际上还未出现应用于机载平台的SNSPD的相关报道.本文设计并制备了工作温度为4.2 K的SNSPD.超导探测器芯片是光敏面积为60 μm×60 μm的四通道光子数可分辨器件,通过光束压缩系统耦合到直径200 μm的光纤,在温度为4.2 K时量子效率大于50%@1064 nm.最后,测试了单个通道的时间特性,在不同光子数响应的情况下得到了不同的时间抖动,其中四光子响应时的时间抖动最小,半高宽为110 ps.该工作不仅可支撑机载应用,而且对于推动发展通用的小型化SNSPD系统及其应用具有积极意义.