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：设计了一台名义制冷量为50 W/170 K的大冷量脉管制冷机,采用对置活塞式动磁线性压缩机驱动,冷指的蓄冷器和脉管部件为同轴布置,采用惯性管-气库组合的被动调相机构。根据电磁-机械-声耦合场原理,建立了脉管制冷机动力学模型,对负载下的压缩机特性进行了动态仿真。为达到整机的谐振状态,对压缩机质量-弹簧系统进行了调整。整机质量(不含电控部分)小于12 kg。在230 W输入电功下,能够获得50 W/170 K的制冷性能,电机效率92.7%,整机比卡诺效率16.5%。150～200 K温区范围内制冷机比功(输入电功/制冷量)小于5W/W,额定输入功下,200 K温区能够获得90 W的最大制冷量,该制冷机可以用于航天大型红外焦平面阵列的冷却,同时为-60～-20℃制冷温区的商业低温冰箱低温冷源的选择提供了参考。

摘要：设计制作了一台6W@60K同轴型脉管制冷机,用于冷却一碲镉汞红外探测器。通过脉管制冷机结构特点的分析及系统阻抗特性的研究,给出压缩机内部气体阻抗实虚部与PV功转换效率之间的变化规律,从而为设计出高效的脉管制冷机提供有益指导。完成了该脉管制冷机的设计、制作及性能测试工作。实验表明该制冷机在150 W电功输入下可获得低于40 K最低温度,195 W电功输入下60 K可获得6 W制冷量,比卡诺效率为12%。

摘要：目前空间用红外探测器对工作温区和冷量的需求日益增长,在低温制冷机的轻量化方面提出了更高的要求。高频脉管制冷机因具备结构紧凑、轻便、低噪声以及高运行可靠性等特性,而被视为冷却红外探测器件的理想冷源。国内外对于60 K温区下100 Hz频率的脉管制冷机方面研究较少,工作频率均在50 Hz左右。为了满足空间红外焦平面阵列所需温区及冷量,本文设计并研制了一台小型直线型100 Hz高频60 K脉管制冷机,利用Regen3.3对关键部件-回热器进行了优化分析,得出回热器长度、填料丝网目数以及分层填充时的比例对回热器损失以及制冷系数的影响规律。基于Sage软件对脉管制冷机内脉冲管、调相机构等重要部件结构参数进行仿真模拟与优化设计,其中制冷机的冷指部分质量仅为1.5 kg。此外,通过搭建脉管制冷机测试系统,深入分析运行频率、水冷温度以及输入电功对脉管制冷机性能的影响。研究结果表明:当回热器内混合填充1∶1的400目和635目的不锈钢丝网时,脉管制冷机的性能达到最优。与单段惯性管调相相比,采用变径的多段惯性管可显著提高制冷机的制冷性能。实验结果显示:在输入300 W电功时,可以获得42.69 K无负荷最低温度;在60 K可以得到7.4 W的制冷量,整机相对卡诺效率为9.6%。研究结果为相同温区下小型高频脉管制冷机设计提供有益参考。

摘要：本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氮温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.

摘要：为了提高脉管制冷机的制冷量和效率,解决液氢温区以下多级脉管制冷机效率低下的问题,对关键部件之一的低温段回热器尺寸进行了设计优化。针对15 K两级脉管制冷机,首先采用数值模拟仿真的方法研究了低温段回热器尺寸对制冷机内部各项损失以及性能的影响,获得了等效长径比的最优值3.81;然后研制了等效长径比分别为3.81、6.80的两种低温段回热器进行实验对比。实验结果表明,制冷机低温段回热器等效长径比为3.81时,制冷机性能更好,且在30 Hz下,可以在15 K获得制冷量0.91 W,此时各级总输入电功为386 W,整机的比卡诺效率达到4.45%。该研究可为制冷机低温段回热器的设计优化提供参考,对多级脉管制冷机的效率提升具有一定的指导意义。

摘要：液氢温区热耦合两级脉管制冷机中,低温级的相位调节是性能优化的关键之一,为此,采用主动相位调节方式对低温级脉管相位特性进行研究,分析对比调相活塞相对压缩机活塞运动相位差变化时,冷指内相位分布的变化以及对制冷性能的影响。研究结果表明:当活塞行程一定时,随着活塞相位差增加,在低温段回热器两端,压力波相对于质量流的相位差(PU相位差)均增大,制冷量与制冷效率呈现出先增大后减小的趋势;随着制冷温度从20 K提高至30 K,最大制冷量与最佳制冷效率时低温段回热器两端PU相位差的差值减小;实验验证了20 K和30 K时制冷性能随活塞相位差的变化规律,可为液氢温区两级脉管制冷机设计中的相位调节提供参考。

摘要：针对双向进气结构脉管制冷机稳定性,本文开展了研究。理论分析了脉管制冷机温度不稳定产生的原因,在此基础上考察了制冷功率、填料组成和工质组分等因素对脉管制冷机稳定特性的影响,进一步揭示了不稳定现象形成的机理,对于今后开展脉管制冷机的实用化研究具有一定的参考价值。

摘要：为了研究百赫兹以上的高频回热器的特性及其对脉管制冷机性能的影响,采用回热器数值计算程序RE-GEN3.2对高频回热器的尺寸参数和运行参数进行优化设计,并研制出一台运行频率为120 Hz的斯特林型脉管制冷机,其无负荷制冷温度为47.8 K,在78.6 K有8.0 W制冷量.初步证明配合使用更高的充气压力、采用小水力直径的回热填料以及缩短回热器长度,能够使得回热器在百赫兹以上的高频下仍然保持较高的效率.另外,实验显示该百赫兹高频脉管制冷机能够实现快速降温,脉管方向性问题也得到较好的抑制.

摘要：提出了一种用于脉管制冷机的导流方法:在射流正前方引入挡片,消除射流对导流丝网的冲击作用,减小丝网对气体进行导流所需的阻力和产生的流动损失,从而提高制冷机性能。通过CFD模拟对挡片的作用机理进行了研究,表明导流挡片可以有效抑制脉管中涡流的出现,减少冷热气流的混合。进一步的实验研究验证了导流结构的积极作用,为脉管制冷机导流结构的设计提供了一种新的参考方式。