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G-M型单级脉管制冷及氦氢混合工质制冷性能研究

刘华钊  
【摘要】:本文介绍了脉管制冷机的发展历史、研究热点以及最新研究进展,进行了单级脉管制冷机纯氦性能调试实验,在此基础上进行了氦氢混合工质单级脉管制冷机的实验研究。具体内容简述如下: 一、直流机理分析 脉管制冷机处于双向进气模式工作时,在流经脉管、回热器的闭合回路中会引起直流。其不仅增加了冷端换热器的负载,降低了脉管制冷机的性能,而且还是引起脉管制冷机制冷温度不稳定的一个重要原因。因此如何有效控制和调节直流,对于提高脉管制冷机性能具有重要的意义。本文介绍了两种有关直流产生机理的理论。 二、氦氢混合工质制冷与蓄冷填料的吸收特性理论分析 根据改进的Brayton循环,对氦氢混合工质在20~35K温度范围内的制冷性能做了理论预测分析,同时计算分析了回热器磁性蓄冷填料Er_3Ni的吸氢特性。理论分析结果表明,磁性蓄冷填料Er_3Ni在吸收氦氢混合工质中的氢组分后,其相应的比热容明显增加,有可能改善回热器的回热性能。 三、15K温区单级脉管制冷性能实验 对各个参数:小孔阀、并联双向进气阀、频率等进行了细致的调节,对蓄冷器填料进行了优化,并进行了压缩机气量对制冷性能以及压缩机匹配实验,得到了很有意义的结果。经过一系列的改进和优化,压缩机采用LEYBOLD COOLPAK 4000时达到了15.1K的无负荷最低制冷温度,在40.6K时有30W的制冷量,为后续氦氢混合工质实验顺利进行打下基础。在这个实验台上,首次突破了20K温区的限制,也为后来同组的二级分离型脉管制冷机实验顺利进行提供了可靠的依据和借鉴作用。 四、氦氢混合工质单级脉管制冷性能实验 本章介绍了氦氢混合工质单级脉管制冷机性能实验的情况。实验结果表明,30K温区采用含氢10%的混合工质得到的制冷量和COP相比纯氦提高最大,分别比纯氦提高了3.6%和4.7%,然而却远远小于二级机中的实验结果:30K温区含氢60%时分别比纯氦时提高33%和42%。对比分析了造成氦氢混合工质在单级机和二级机中性能如此差异的原因。


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