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应用“L”型脉管和紫铜泡沫金属的四阀型脉管制冷机研究

王坤  
【摘要】: 作为一种新型机械回热式制冷机,脉管制冷机由于低温端没有运动部件,比起GM,Stirling制冷机,具有结构简单、振动小、体积小、寿命长等优点,特别是在抗电磁干扰,降低振动和长寿命方面优势明显,因此引起世界各国的广泛重视,成为小型低温技术研究的热门。然而目前的脉管制冷机存在着冷端结构比较复杂以及冷端换热器换热性能不够理想的不足。  本文正是基于此不足,在国际项目合作背景支持下,提出“L”型脉管结构,简化脉管冷端结构,并提出紫铜泡沫金属填料型换热器强化冷端换热,采用四阀型脉管制冷机作为实验样机,进行实验性能研究,同时理论上对四阀样机进行热力学循环分析和损失分析,取得了一定的进展和成果。本文的具体研究内容如下:   (1)以四阀型脉管制冷机作为实验样机,并对它的传统结构进行了两大改进:①采用“L”型脉管结构取代通常的“I”型脉管结构,即把传统的脉管冷端换热器和蓄冷器冷端换热器之间的连接管部分变成了脉管的一部分,大大简化了脉管冷端结构,便于加工,同时还进一步降低了脉管冷端的死容积;②在脉管热端采用双小孔阀结构取代传统的单小孔阀结构,用来分别控制脉管热端进排气的质量流率,这样在试验中就可以更灵活地调节脉管热端的进排气流量。   (2)提出一种新型的填料型换热器——泡沫金属填料型换热器。回热式制冷机的冷、热端换热器的设计对制冷机的性能有非常重要的影响。一般来说,小型回热式制冷机主要依靠导热将冷量从工作流体传递给冷端换热器外表面,从而冷却相关器件。目前最常用的丝网填料型和烧结型换热器都具有各自的缺点不能充分满足小型回热式低温制冷机的要求。本文提出采用一种新型的强化换热材料——紫铜泡沫金属(平


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