《基於回熱製冷系統的直流影響機理與有效利用研究》是依託同濟大學，由曹強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於回熱製冷系統的直流影響機理與有效利用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹強
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
回熱式低溫制冷機具有緊湊性好、效率高、可靠性高的突出優點，在空間探測和超導技術等重要領域套用越來越廣泛。作為交變流動系統，回熱式低溫制冷機尤其是脈管制冷機中存在直流現象，對制冷機的溫度穩定性、製冷效率產生重要影響。直流的影響機理與實驗研究方法分別存在著研究不全面和直流難以測量控制等問題，急需深入研究。本課題以解決直流的影響理論並有效利用直流為目標，提出綜合性理論研究方法與微質量流實驗的創新方法。理論方面，系統研究直流通過回熱機理、中部預冷效應、脈管損失機理和實際氣體效應對製冷性能的影響機理，揭示這些因素的影響規律；實驗方面，建立創新的微質量流量實驗平台，實現直流流量的高精度測量與控制，實驗研究直流的影響機理，驗證並完善理論模型，最終實現對直流的有效利用，在一定工況下大幅提高製冷效率。該研究有望有力促進回熱式製冷技術的機理研究與技術提升，具有重要意義。
結題摘要
回熱式低溫制冷機由於效率高、可靠性高的突出優點在空間探測和超導技術等重要領域的套用越來越廣泛。直流問題對交變流動的回熱式低溫制冷機尤其是脈管制冷機的製冷效率、溫度穩定性產生重要影響。但直流的影響機理與實驗研究方法分別存在著研究不充分和直流難以測量與控制等突出問題。本項目在理論上深入開展了理想工況下液氦溫區直流效應的研究，提出原創性理論，包括：研究了液氦溫區的實際氣體效應對於回熱器的影響機理，首次完整給出了理想換熱無流阻時實際氣體效應影響下的回熱器的理論製冷效率（COP）；提出以實際氣體實現卡諾效率的原創性理論方法，即通過加減熱法使得在近臨界溫區造成數倍於製冷量的損失予以回收，實現無損失的卡諾效率；進一步理論證明在液氦溫區回熱器的直流方法本質上降低了實際氣體效應相關損失、提高製冷效率，並首次推導了與氣體物性緊密相關的理論直流量大小，和相應的理論製冷效率；基於實際套用前景，發明了一種能實現可控穩定直流的裝置，該專利為實現空間長壽命可控直流的套用打下了重要基礎；合作研究了液氫溫區可控直流機理，通過數值模擬詳細分析了各能量項的分布。在實驗中開展了可控直流實驗並做了豐富的研究，包括：開展了首例液氮溫區的高精度可控微質量直流實驗，與以往研究不同，證明一定量的直流在液氮溫區可以提升製冷性能，研究發現脈管具有一定的吸收焓流的能力；設計並建成預冷的斯特林型脈管制冷機實驗平台，實現了3.6 K的無負荷製冷溫度，處於國際先進水平；首次系統地實驗研究了液氦溫區回熱器與脈管的獨立的預冷效應，發現回熱器、脈管、調相機構各自獨特的性質，具有重要價值。
