《基於多孔光纖技術的脈管制冷微型化研究》是依託浙江大學,由金滔擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名:基於多孔光纖技術的脈管制冷微型化研究
- 依託單位:浙江大學
- 項目負責人:金滔
- 項目類別:面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
脈管制冷機因在低溫區域無運動部件,具有高穩定性、高可靠性和長壽命等優點。但是,對於空間尺寸有嚴格限制的場合,則必須實現其小型化乃至微型化,於是對系統結構提出了極大挑戰。本項目計畫開展基於多孔光纖技術的脈管制冷機微型化研究。擬探索以下關鍵理論問題:(1)微米量級通道尺度下回熱結構中的回熱機理探索;(2)多孔光纖內的傳熱與流動特性及其對微型脈管制冷機的適用性研究。擬建立多孔光纖通道內傳熱與流動的理論模型,進而開展相應實驗研究。在此基礎上,結合脈管制冷機微型化設計原則,建立一套基於多孔光纖的微型脈管制冷機系統,對多孔光纖對於脈管制冷機的適用性進行實驗驗證。
結題摘要
基於多孔光纖能作為流體流動通道的特徵,結合脈管制冷機回熱器部件微型化中尚存的問題,提出了基於多孔光纖技術的微型脈管制冷機的方案。本項目圍繞該創新構想,就其中存在的流動與換熱等基礎問題開展了相關研究,旨在探究光纖材料的熱物性對微型回熱部件的性能最佳化所起的影響情況,並通過實驗研究多孔光纖流道內的流動特性,為脈管制冷機的微型化提供一種可供參考的思路。在系統初步設計的基礎上,建立了多孔光纖作為回熱器材料的基本模型,利用熱聲理論計算分析了回熱器結構尺寸、平均工作壓力、工作頻率以及輸入聲功對製冷性能的影響情況。結果表明,基於多孔光纖的微型脈管制冷機回熱器能夠達到相對較高的效率,驗證了其理論上的可行性。同時,採用N-S方程對圓孔型多孔光纖通道中氣體流動的流場進行了數值模擬。利用Albertoni模型和Sreekanth模型將一階和二階滑移邊界條件引入計算中來,通過比較有、無速度滑移兩類邊界條件的模擬結果,獲得了多孔光纖微通道流動中氣體壓力與速度的範圍。在此基礎上,結合光纖的結構特點,搭建了微通道流動特性測量系統,並測量了氮氣和氦氣在孔徑為20微米和50微米的熔融石英管,以及5微米孔徑的多孔光纖內的流動特性。在同時考慮可壓縮性和稀薄性的情況下,對比研究了文獻中三條關聯式的適用性,並總結出了吻合度更高的實驗關聯式。將光纖作為回熱器設計了微型熱聲振盪器,並利用光學工程中的微加工方法製作基於多孔光纖的微型熱聲振盪系統。另外,對多孔光纖作為微流動通道在熱管、節流器件上的套用進行了一些概念設計,並對微加工工藝、實驗系統設計和密封方案等進行了探索。