收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

液氮至液氢温区的热声驱动低温制冷机的研究

胡剑英  
【摘要】: 热声驱动低温制冷机是一种完全无运动部件的新型热力机械,具有高度的可靠性。它以热源作为驱动,在电能缺乏热能丰富的地方具有广泛的应用前景。近年来热声驱动低温制冷机的研究进展迅速,已成为能源和低温领域的一个重要研究热点。但是,目前热声驱动低温制冷机工作机理有待于深入认识,其流程结构也有待于进一步改进以提高性能。为此,本文开展了以下几个方面的理论和实验的研究工作: 1.发展了交变流动热机和制冷机的介观热力学理论,并对线性热声理论进行了系统归纳和总结: 应用交变流动热机介观热力学分析方法的基本思路,进一步对交变流动回热器内的微循环热力过程进行了分析,证明了理想回热器的效率等于卡诺循环的效率。同时,将介观热力学分析方法扩展到对交变流动换热器、热缓冲管(脉冲管)内气体微团的热力过程分析;对线性热声理论进行了归纳和整理,给出了本文所研究的热声驱动低温制冷机的数值模拟方法。 2.对脉冲管制冷机中的调相机制进行了系统研究,在此基础上提出了无气库的惯性管调相机构以及可以消除直流的双向进气调相机构: 实验验证了无气库惯性管作为高频脉冲管制冷机热端调相元件的有效性,并进行了深入的理论分析。研究表明:在层流状况下,无气库的惯性管可以取代带气库的惯性管作为脉冲管制冷机的调相部件,但是二者在湍流情况下通常不能为小功率的脉冲管制冷机提供所需的阻抗;指出在惯性管能够为脉冲管制冷机提供所需的阻抗时,双向进气结构不能提高制冷机性能,只有在惯性管提供的阻抗不能满足制冷机要求时双向进气结构才能发挥积极的作用;提出了一种抑制双向进气结构直流损失的新方法;在以上研究的基础上,用热声发动机驱动的单级脉冲管制冷机首次在国际上获得了低于液氮的温度。 3.提出了声学压力波放大器等高效耦合机构,对它们的工作机制进行了深入研究:提出了四种耦合热声发动机和脉冲管制冷机的结构:声学变压器,二介质耦合结构,声学压力波放大器以及二介质耦合声学压力波放大器,其中后两种耦合结构可以使热声发动机的压力波幅值获得数倍的放大,脉冲管制冷机可以获得1.3以上的驱动压比,并且使热声发动机所需的加热量大幅度减少,制冷机的声功利用率则成倍增加,大大提高了系统的热效率;二介质耦合声学压力波放大器还可以大幅降低系统的工作频率,使热声发动机和脉冲管制冷机获得更好的匹配。 4.在国际上首次成功研制一台突破液氢温度的热声驱动的二级脉冲管制冷机,并对其工作机制进行了深入研究: 该系统采用聚能型行波热声发动机作为驱动源,以一台两级脉冲管制冷机作为低温制冷部件,利用二介质耦合声学压力波放大器作为二者的耦合部件,发动机采用氮气作为工质,制冷机采用氦气作为工质;该系统的工作频率为23.3Hz,二介质耦合声学压力波放大器对压力波幅值能产生1.7倍的放大效果,在加热功率为2600W,加热温度为630℃时,制冷机获得了18.1K的最低制冷温度,这是目前世界上报道的热声驱动低温制冷机所获得的最低制冷温度。 5.开发了液氦温区的三级高频脉冲管制冷机的数值模拟程序,并对液氦温区的三级高频脉冲管制冷机工作机理进行了深入的理论分析: 首先建立了三级脉冲管制冷机的数值模型,开发了相应的程序。然后对一些新的回热器填充材料物性进行了讨论分析,选用镀铅不锈钢丝网作为二级回热器的填充材料,三级回热器则采用三种不同的稀土金属材料作为填充材料。另外,详细讨论分析了各级回热器、脉冲管尺寸对最低无负荷制冷温度的影响。经过优化,设计了一台可工作于液氦温区的三级脉冲管制冷机,其最低制冷温度可达3.9K,为实验研究奠定了理论基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 施锦;苏尔士公司透平低温制冷机用于氢的液化[J];低温与超导;1981年03期
2 陈国邦;郑建耀;张法高;余建平;孙涛;陶甄士;杭乃敦;丁曾雨;陈炜;刘香廷;张亮;吴沛宜;;应用磁性蓄冷材料的低温制冷机试验[J];制冷学报;1993年02期
3 陈登科;四阀脉管制冷机分析与实验[J];低温与超导;1994年03期
4 梁惊涛,周远;适用于超导体冷却的低温制冷机及其最新进展[J];低温与超导;1995年04期
5 Patrick CURLIER,高国龙;商用和军用微型脉管低温制冷机的进展[J];红外;2000年02期
6 张祖恭,陈顺德,翁建茂;无磁低温制冷机的初步试验[J];低温与超导;1985年04期
7 邱利民;低温制冷机的性能评价[J];低温工程;2001年05期
8 王坤,鲁雪生,顾安忠;小型低温制冷机上的低温密封型式浅析[J];低温与特气;2004年04期
9 沈韧虎;改进型索尔维循环低温制冷机[J];低温与超导;1975年02期
10 吴沛宜;4~5K G-M低温制冷机方案的探讨[J];低温与超导;1988年02期
11 M.Thirumaleshwar;S.V.Subramanyam;高香院;;单级G-M循环低温制冷机的热平衡分析[J];低温与特气;1989年01期
12 陈国邦,陶甄士;液氦温度低温制冷机初战告捷——达到4.2K[J];深冷技术;1992年01期
13 谢开明;;活性炭—氮吸附式低温制冷机[J];低温与特气;1988年02期
14 M.Thirumaleshwar;杨天信;;在20KG—M循环低温制冷机上的滑阀装置及其对P—V图的影响[J];低温与特气;1989年02期
15 李瑞,陈国邦;用于低温制冷机的磁性蓄冷材料[J];低温与超导;1992年03期
16 许洪昌,雷金果;一起少见的低温制冷机烧缸故障[J];深冷技术;1998年05期
17 M.Thirumaleshwar;S.V.Subramanyam;高香院;;G—M循环低温制冷机的(火用)分析[J];低温与特气;1987年03期
18 陈国邦,蒋彦龙,甘智华;回热式低温制冷机循环理论研究[J];低温工程;2001年04期
19 汤珂,陈国邦,THUMMES Günter;13K热耦合二级Stirling型脉管制冷机[J];科学通报;2005年18期
20 李式模;陈国邦;张法高;;低温制冷机的应用与发展[J];低温与特气;1985年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 席有民;平丽浩;钱吉裕;王惠;;低温制冷机研究现状及其在雷达和红外系统中的应用[A];第二届中国科学院博士后学术年会暨高新技术前沿与发展学术会议程序册[C];2010年
2 王瑾;熊联友;侯予;吴刚;陈纯正;;逆布雷顿循环微型低温制冷机[A];第四届全国低温工程学术会议论文集[C];1999年
3 黄志光;何兴伟;纪国林;吴亦农;;星载制冷机用低温能量存储器蓄放特性研究[A];第八届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2007年度学术交流会论文集[C];2007年
4 龚领会;张亮;肖立业;;冷却高温超导磁体的大冷量单级G-M制冷机[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
5 公茂琼;吴剑峰;罗二仓;齐延峰;胡勤国;周远;;多元混合工质节流制冷机逆流换热器综合传热系数的实验研究[A];第五届全国低温工程大会论文集[C];2001年
6 金滔;许斌;李聪航;汤珂;陈国邦;;Er_3Ni吸氢产物的比热及其稳定性分析[A];第九届全国低温工程大会论文集[C];2009年
7 纪国林;吴亦农;;空间回热式机械制冷机的发展和应用[A];上海市制冷学会一九九七年学术年会论文集[C];1997年
8 周文杰;甘智华;;低温制冷机用线性压缩机研究进展[A];第九届全国低温工程大会论文集[C];2009年
9 程章展;甘智华;刘华钊;蒋珍华;梁楠;邱利民;陈国邦;;单级脉管制冷时序特性研究[A];第六届全国低温与制冷工程大会会议论文集[C];2003年
10 徐烈;熊炜;张涛;徐佳梅;;氦制冷在空间制冷技术中的应用[A];上海市制冷学会一九九七年学术年会论文集[C];1997年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 何永林;高效率G-M型脉管制冷机的理论与实验研究[D];浙江大学;2007年
2 汤珂;热声驱动脉管制冷特性的理论与实验研究[D];浙江大学;2005年
3 董文庆;液氦温区分离型脉管制冷机的性能优化研究[D];浙江大学;2011年
4 孙久策;液氮温区大功率斯特林型脉管制冷机回热器温度不均匀性及性能优化研究[D];浙江大学;2013年
5 李卓裴;液氦温区斯特林型脉管制冷机回热损失机理与多级脉管级联方式研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 方蕾;以氦-3和氦-4为工质的回热式低温制冷机性能对比仿真研究[D];上海交通大学;2012年
2 许斌;Er_3Ni吸氢特性及热物性研究[D];浙江大学;2010年
3 王仕越;小型脉冲管低温制冷机相位分析与性能优化[D];上海交通大学;2012年
4 王舒;高性能高温超导移动通信基站接收前端技术的研究[D];电子科技大学;2005年
5 何海琴;低温制冷机用双磁钢动磁式线性压缩机样机设计与初步实验[D];浙江大学;2013年
6 史俊茹;基于脉管制冷机的液氢无损贮存系统研究[D];浙江大学;2007年
7 黄秀芝;天然气驱动VM循环热泵的性能分析与研究[D];华北电力大学(河北);2009年
8 李聪航;磁性蓄冷材料Er_3Ni的氢化及其氢化物特性研究[D];浙江大学;2012年
9 闫磊;4K两级脉管制冷机热力学计算与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 申晓亮;大冷量单级G-M制冷机回热器的建模仿真及结构设计的研究[D];合肥工业大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 邬智茂;首台国产化离心式低温制冷机组安全运行四十年[N];中国工业报;2011年
2 本报记者 游雪晴;低温世界找热点[N];科技日报;2000年
3 梁曦 刘勇;前景无限 蓬勃发展[N];科技日报;2000年
4 记者 吴苡婷;追赶世界一流 服务节能减排[N];上海科技报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978