10K溫區(qū)雙級G-M制冷機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

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

2、結(jié)構(gòu)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(jī)結(jié)構(gòu)中存在的問題，圍繞低溫回?zé)崞餍罾洳牧铣涮罘绞降母纳啤⒍壝芊饨Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)、低溫回?zé)崞鬟M(jìn)排氣孔口的優(yōu)化等方向，進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)研究：
　　1）以4W/12K為技術(shù)指標(biāo)，通過對整機(jī)進(jìn)行熱平衡計(jì)算，確定了制冷機(jī)各結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)并搭建了10K溫區(qū)雙級G-M制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺。
　　2）以上述實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ)，為優(yōu)化回?zé)崞鲀?nèi)部蓄冷材料的充填方式，改善氣流分布，增強(qiáng)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?zé)崞鬟M(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出了整流元件主要參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)參數(shù)對制冷機(jī)主要性能變化的影響趨勢及規(guī)律，提出了整流元件的設(shè)計(jì)原則。根據(jù)此原則，設(shè)計(jì)并加工了整流元件，通過實(shí)驗(yàn)研究，對比分析了整流元件各參數(shù)對制冷機(jī)性能的影響。
　　3）以上述實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ)，為改進(jìn)雙級G-M制冷機(jī)的低溫密封結(jié)構(gòu)，提高制冷機(jī)的制冷性能、運(yùn)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(jié)構(gòu)活塞。利用FLUENT軟件對該迷宮活塞進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出了迷宮密封主要結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)原則。根據(jù)此原則，設(shè)計(jì)并加工了多組不同結(jié)構(gòu)參數(shù)迷宮密封式活塞，通過實(shí)驗(yàn)研究，討論了迷宮結(jié)構(gòu)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(jī)性能的影響，從而為多級G-M制冷機(jī)的設(shè)計(jì)提供新的借鑒和參考。
　　4）在低溫回?zé)崞髌渌Y(jié)構(gòu)參數(shù)不