《新型液氦溫區小型低溫制冷機研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由戴巍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型液氦溫區小型低溫制冷機研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：戴巍
- 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
隨著科學技術的進步和新需求的出現，迫切需要發展高效緊湊的液氦溫區小型低溫制冷機。在此背景下本項目提出一種新型架構形式，採用VM型熱壓縮機驅動液氦溫區脈衝管制冷機，利用高頻斯特林型脈衝管制冷機提供VM熱壓縮機所需冷量，解決現有技術中存在的難點。針對新架構形式下的科學問題，項目著重研究（1）VM型熱壓縮機的高效能量轉換特性及其與液氦溫區脈衝管制冷機的高效耦合機制；（2）提供預冷冷量的高頻斯特林型脈衝管制冷機與VM熱壓縮機系統的耦合機制研究；（3）液氦溫區脈衝管制冷機損失機制和熱端調相機構工作機理。在理論進展的同時，搭建實驗樣機獲得4.2K以下溫度。本項目的實施將為發展一種新型液氦溫區低溫制冷機打下堅實的基礎。
結題摘要
液氦溫區制冷機在很多領域有廣泛套用，高效緊湊的液氦溫區小型低溫制冷機的研究具有重要意義。VM型脈衝管制冷機採用熱壓縮機驅動，具有潛在的優勢。本課題研究了一種新型乾式VM型脈衝管制冷機，由三個子系統組成：預冷用制冷機、熱壓縮機和低溫級脈衝管制冷機。預冷用制冷機的冷頭通過熱橋與熱壓縮機冷端換熱器連線，提供熱壓縮機工作所需冷量。本項目針對該VM型脈衝管制冷機開展的主要研究如下： 1.對熱壓縮機進行了無負載時的數值模擬與實驗研究，深入考察了熱壓縮機的性能以及內部的能量轉換損耗機制。借鑑熱聲理論，以阻抗匹配的觀點，首次系統地考察負載阻抗大小、相角對熱壓縮機輸出壓比和功率的影響，深入揭示了熱壓縮機在有負載時的能量轉換機制，為設計高效整機系統奠定了基礎。 2.以輸出特性研究為基礎，設計了熱壓縮機驅動的低溫級脈衝管制冷機,並進行了整機的數值模擬，結合預冷用制冷機的效率，對不同預冷溫度下熱壓縮機驅動的低溫級脈衝管制冷機的整機效率進行評估。在此基礎上，搭建了VM型脈衝管制冷機實驗台並進行系列實驗，通過最佳化獲得了6.31K的無負荷製冷溫度，這是目前該類制冷機所獲得的最低製冷溫度；對雙向進氣所帶來的直流對系統性能的影響進行了研究，結果證明一定量的直流對該系統的性能具有有利的影響。 3.本系統中利用高效脈衝管制冷機提供熱壓縮機所需要的冷量，其效率和預冷溫度對整機性能有重要影響。從理論和實驗上研究最佳化了可用於預冷的不同制冷機系統。代表性的成果包括一台在80K獲得24.2%相對卡諾效率的高效混合型脈衝管制冷機和一台高效雙級斯特林制冷機，後者在40K達到了14.8%的相對卡諾效率，在77 K達到25.9%的相對卡諾效率。 通過該課題的研究，對VM型熱壓縮機的能量轉換特性以及與低溫級脈衝管制冷機的耦合機制有了深刻認識；同時理論上證明了通過預冷用制冷機調整熱壓縮機的工作溫區，對實現系統整機效率最優具有重要意義。這些認識為進一步提高VM型脈衝管制冷機性能奠定了堅實基礎。
