《微型化超高頻脈衝管制冷機的機理研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由陳厚磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微型化超高頻脈衝管制冷機的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳厚磊
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結合脈衝管制冷機發展的前沿方向和國內現階段對微型低溫制冷機的迫切需求，開展100Hz超高頻脈衝管制冷機微型化的理論與實驗研究。一方面通過理論分析和數值模擬的方法，深入研究超高頻和微型化情況下脈衝管制冷機內部氣體的工作流程和物理機制，重點針對超高頻條件下換熱時間短、微型化導致脈衝管直徑小、換熱面積不足等關鍵問題，探索在現有50Hz高頻脈衝管制冷機基礎上向超高頻、微型化發展的改進途徑，豐富和發展脈衝管制冷機的基本理論；另一方面在理論研究的基礎上，研製超高頻微型脈衝管制冷機的原理樣機，利用理論結果指導制冷機的蓄冷器、脈衝管、換熱器及調相機構等關鍵部件的最佳化設計，解決因超高頻和微型化帶來的製冷性能惡化的主要問題，掌握製作更小尺寸脈衝管制冷機的設計能力，同時利用實驗結果驗證本項目對超高頻微型脈衝管制冷機內部氣體工作過程及流動、換熱等物理機制方面所獲得的認識。
結題摘要
針對超高頻條件下脈衝管制冷機內部氣體的交變流動特性展開理論與試驗研究，針對脈衝管內氣體在100Hz超高頻條件下的交變流動特性，採用美國NIST開發的REGEN3.3軟體開展蓄冷器絲網、尺寸的模擬計算，利用LosAlamos實驗室開發的DeltaE軟體對長頸管的相位調節和流量控制進行數值模擬，得到適合100Hz條件下工作的制冷機關鍵部件的最優結構。 在最佳化設計的基礎上，研製直線型的超高頻脈衝管冷指原理樣機，如圖3所示，其回熱器外徑為7.8mm，總長度為150mm，重量380g。該原理樣機無雙向進氣， 80W輸入功率下可獲得1.2W@80K的製冷性能。 根據直線型樣機的結構參數轉換為同等尺度的同軸型脈衝管冷指，在對同軸結構冷端流場轉捩進行模擬最佳化的基礎上，研製出冷指外徑9mm，長度42mm的同軸型超高頻冷指樣機，為不鏽鋼和紫銅材料的全焊接結構，不包含慣性管氣庫的重量為250g。在雙向進氣的最佳化條件下，其製冷性能為：80W輸入功率下最低溫度可達46K，能夠提供2.1W@80K的製冷量。該同軸型冷指與美國NGST公司的100Hz超高頻微型冷指的參數對比發現，在製冷效率方面本項目同軸冷指接近美國水平，而在微型化方面本項目研製的超高頻同軸冷指優於美國的同軸冷指。 在超高頻冷指達到世界先進水平的研究基礎上，超出本項目研究計畫，對壓縮機的高頻特性展開理論分析與實驗研究。目前國內尚無小型化的高頻壓縮機，本研究在理論分析的指導下，利用已有的高頻脈衝管冷指，首先通過調相機構的改進，使得現有的50Hz壓縮機與冷指耦合後的最佳工作頻率提高到80-100Hz；然後在高頻條件下改變壓縮機的磁場強度、線圈繞組、活塞面積、彈簧剛度以及充氣壓力等結構和條件，通過實驗研究摸清壓縮機的高頻工作特性，將超高頻冷指的製冷效率進一步提高，並為高頻壓縮機的最佳化設計打下堅實的研究基礎。
