G-M型脈管制冷機(jī)主動(dòng)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(jī)以其振動(dòng)低、可靠性高、制冷量大等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(jìn)展。針對(duì)嚴(yán)重制約脈管制冷機(jī)整機(jī)效率的回?zé)崞骱团錃庀到y(tǒng)不可逆損失問題，本文重點(diǎn)開展了主動(dòng)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(shí)基于G-M型單級(jí)脈管制冷機(jī)和兩級(jí)脈管制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)開展了相應(yīng)的

2、實(shí)驗(yàn)研究工作。本文的研究進(jìn)展主要表現(xiàn)在：
　　 1、主動(dòng)式配氣系統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)研究。
　　 為克服傳統(tǒng)配氣方式壓縮機(jī)高耗功、不可逆損失較大等缺點(diǎn)，本文提出了一種適用于G-M型制冷機(jī)的主動(dòng)式配氣系統(tǒng)(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01010122469.3)。主動(dòng)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(jìn)氣過程中為制冷機(jī)提供部分氣體，從而形成了自中間氣庫進(jìn)氣、自壓縮機(jī)進(jìn)氣、向中間氣庫排氣、向壓縮機(jī)排氣等四個(gè)過程。與傳統(tǒng)

3、配氣方式中直接通過壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣過程相比，主動(dòng)式配氣系統(tǒng)可顯著降低進(jìn)排氣損失。本文開展了單級(jí)中間氣庫配氣系統(tǒng)和多級(jí)中間氣庫配氣系統(tǒng)熵分析、壓縮機(jī)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(dòng)式配氣系統(tǒng)的50％。
　　 基于單級(jí)G-M型脈管制冷機(jī)開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)中間氣庫開啟比例為30％時(shí)，配氣系統(tǒng)不可逆損失和壓縮機(jī)配氣量耗功分別下降27％和37％。同時(shí)，制冷機(jī)

4、獲得更低的制冷溫度且制冷量衰減較小。對(duì)比了電磁閥系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的G-M型脈管制冷機(jī)性能，本文從配氣量和閥門內(nèi)部流動(dòng)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(jī)富余冷量理論與實(shí)驗(yàn)研究。
　　 富余冷量是指在對(duì)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?duì)液氦溫區(qū)G-M型脈管制冷機(jī)富余冷量進(jìn)行模擬，定量分析了富余冷量產(chǎn)