G-M型脈管制冷機主動式配氣系統(tǒng)與富余冷量利用方法研究.pdf

1、G-M型脈管制冷機以其振動低、可靠性高、制冷量大等優(yōu)點，可望在低溫物理、超導(dǎo)磁體冷卻、空間低溫制冷和氣體液化等領(lǐng)域獲得推廣應(yīng)用。
　　 本文介紹了G-M型脈管制冷機的發(fā)展歷史，著重闡述了配氣系統(tǒng)和液氦溫區(qū)富余冷量等方面的研究進展。針對嚴(yán)重制約脈管制冷機整機效率的回?zé)崞骱团錃庀到y(tǒng)不可逆損失問題，本文重點開展了主動式配氣系統(tǒng)的理論研究和液氦溫區(qū)富余冷量利用方法理論研究，同時基于G-M型單級脈管制冷機和兩級脈管制冷機實驗臺開展了相應(yīng)的

2、實驗研究工作。本文的研究進展主要表現(xiàn)在：
　　 1、主動式配氣系統(tǒng)理論與實驗研究。
　　 為克服傳統(tǒng)配氣方式壓縮機高耗功、不可逆損失較大等缺點，本文提出了一種適用于G-M型制冷機的主動式配氣系統(tǒng)(中國發(fā)明專利申請?zhí)枺?01010122469.3)。主動式配氣系統(tǒng)采用新增的中間氣庫回收排氣過程中部分氣體并在進氣過程中為制冷機提供部分氣體，從而形成了自中間氣庫進氣、自壓縮機進氣、向中間氣庫排氣、向壓縮機排氣等四個過程。與傳統(tǒng)

3、配氣方式中直接通過壓縮機實現(xiàn)進排氣過程相比，主動式配氣系統(tǒng)可顯著降低進排氣損失。本文開展了單級中間氣庫配氣系統(tǒng)和多級中間氣庫配氣系統(tǒng)熵分析、壓縮機耗功分析以及最優(yōu)中間氣庫壓力的理論研究。結(jié)果表明存在中間氣庫最優(yōu)壓力使得系統(tǒng)熵產(chǎn)降至傳統(tǒng)主動式配氣系統(tǒng)的50％。
　　 基于單級G-M型脈管制冷機開展了相關(guān)實驗驗證工作。實驗結(jié)果表明，當(dāng)中間氣庫開啟比例為30％時，配氣系統(tǒng)不可逆損失和壓縮機配氣量耗功分別下降27％和37％。同時，制冷機

4、獲得更低的制冷溫度且制冷量衰減較小。對比了電磁閥系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)驅(qū)動的G-M型脈管制冷機性能，本文從配氣量和閥門內(nèi)部流動損失等方面分析了兩種閥門制冷性能方面的差異。
　　 2、液氦溫區(qū)G-M型脈管制冷機富余冷量理論與實驗研究。
　　 富余冷量是指在對冷頭沒有或較小影響的前提下，由回?zé)崞骰蛎}管內(nèi)部焓流損失轉(zhuǎn)化所得的富余冷量。本文采用REGEN3.3回?zé)崞鬈浖σ汉貐^(qū)G-M型脈管制冷機富余冷量進行模擬，定量分析了富余冷量產(chǎn)