氣動室溫推移活塞脈管制冷機的機理研究

《氣動室溫推移活塞脈管制冷機的機理研究》是依託同濟大學，由朱紹偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氣動室溫推移活塞脈管制冷機的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱紹偉
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

脈管制冷機在低溫下沒有運動部件，具有低振動、高可靠性等優點，在空間、超導體冷卻等方面具有重要套用。得益於雙向進氣與慣性管技術，脈管制冷機的製冷效率已經有大幅提高，但由於膨脹功無法回收，效率提高遇到瓶頸，不利於進一步的套用推廣。本項目採用氣動室溫推移活塞用於脈管制冷機的膨脹功回收，並採用階梯推移活塞技術進一步提高雙級脈管制冷機效率，其優點是理論效率等於卡諾效率。本項目採用理論與實驗相結合的方法對單機和雙級氣動室溫推移活塞脈管制冷機進行研究。主要進行以下三個方面的研究：推移活塞的膨脹功回收與調相機理；階梯推移活塞的調相與輸入功在各級的分配耦合機理；壓比對製冷效率和功率密度的影響機理。本項目將為下一代高效率脈管制冷機的發展打下理論基礎。

結題摘要

脈管制冷機是一種沒有低溫下運動部件的低溫制冷機，與斯特林制冷機相比，具有低振動，結構簡單，可靠性高的優點，已經廣泛套用於衛星上紅外探測器的冷卻。目前的脈管制冷機的調相方式主要是雙向進氣與慣性管，理論效率較低，套用於超導電纜冷卻等方面時，無法滿足需求。同時，製冷溫度低於35K時的效率也無法滿足一些空間項目的要求。因此需要一種理論效率能與斯特林制冷機相等的脈管制冷機。室溫推移活塞脈管制冷機是目前理論上來說最好的一種。本項目針對該種脈管制冷機進行研究，主要研究了室溫推移活塞的功回收與調相機理，雙級脈管制冷機中調相與功分配的耦合機理，壓比對效率與功率密度的影響，直線壓縮機與冷頭和推移活塞的匹配機理。已完成以上研究內容。除了實驗驗證了單級與雙級室溫推移活塞脈管制冷機外，還進行了脈管熱發動機與脈管熱泵的實驗驗證。實現了單級無負荷溫度37.7K和比卡諾效率15.5%。基於這些研究成果，已發表期刊論文11篇，2篇已錄用待發表，會議論文21篇，其中6篇SCI ，6篇EI ；申請專利38項，其中已授權9項，29項在公開與實審中；在本項目資助下已畢業碩士6人，目前在讀碩士生5人，在讀博士生2人也均參與本項目。項目組成員積極參加國內外學術會議與交流，邀請外國專家交流，資助學生國外短期留學訪問等。在該項目中，以功回收思想為基礎，發現了數種新型的功回收型脈管制冷機，這些重要的原創發明作為熱機家族的新成員，解決了一些制冷機的未曾解決的問題。本項目為高效率脈管制冷機今後走向實際套用打下了堅實的理論基礎。20K溫區的制冷機將會解決一些空間任務的技術瓶頸，也有望套用於液氫領域，為燃料電池等領域氫能源的使用提供一個新的手段；高效率77K的脈管制冷機也有望在超導電纜冷卻方面發揮重要作用。該項目取得的原創性的發明將為今後脈管制冷機的進一步發展做出鋪墊。