《空間用液氦溫區長壽命高效節流制冷機理研究》是依託浙江大學，由甘智華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：空間用液氦溫區長壽命高效節流制冷機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：甘智華
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
液氦溫區低溫製冷技術在空間探測、國防軍事、低溫超導、能源、醫療等涉及國計民生等方面具有廣泛的套用潛力。大部分探測器在液氦溫區（或更低溫度）下工作可獲得高的敏感度和解析度，而研製緊湊高效輕量長壽命的液氦溫區低溫製冷技術成為空間探測的根本保障！相比攜帶液氦或超流氦的杜瓦方式和吸附壓縮驅動方式，本項目提出的大壓比線性壓縮機驅動的高效JT節流製冷方案具有體積小重量輕長壽命的潛在優勢，但相比於國外正在興起的主動式液氦溫區製冷技術，我國無論在理論上還是在實驗上都處於起步階段，亟需發展。為此本項目將著重研究：1、長壽命大壓比線性壓縮機驅動源研究；2、空間高效節流制冷機理研究；3、高效預冷和傳熱方法研究；4、液氦溫區預冷型JT制冷機整機研製。本項目的研究成果將為最終研製出滿足空間套用特點的液氦溫區低溫製冷整機奠定基礎，以滿足國家中長期空間探測計畫的順利實施，並貯備相應的人才隊伍。
結題摘要
液氦溫區低溫製冷技術在空間探測、國防軍事、低溫超導、能源、醫療等涉及國計民生等方面具有廣泛的套用潛力。大部分探測器在液氦溫區（或更低溫度）下工作可獲得高的敏感度和解析度，而研製緊湊高效輕量長壽命的液氦溫區低溫製冷技術成為空間探測的根本保障！相比攜帶液氦或超流氦的杜瓦方式和吸附壓縮驅動方式，本項目提出的大壓比線性壓縮機驅動的高效JT節流製冷方案具有體積小重量輕長壽命的潛在優勢，但相比於國外正在興起的主動式液氦溫區製冷技術，我國無論在理論上還是在實驗上都處於起步階段，亟需發展。 文獻調研： 系統總結國內外空間液氦溫區機械式製冷技術的關鍵參數及發展趨勢。綜述液氦溫區高頻脈管制冷技術的發展現狀和研究進展。指出以上技術在空間套用領域的重要性，提煉了關鍵科學問題。 JT節流制冷機理論計算和實驗研究： 1、通過熱力學模擬計算得預冷溫度、壓力及換熱器效率對制冷機性能的影響，並以此設計並搭建了液氦溫區JT節流制冷機實驗台，獲得的開式循環實驗最佳穩定工況為：預冷溫度10 K，氦氣流量10 mg/s，製冷量120 [email protected] K。同時發現其對氦工質的高純要求超出了我們目前的一些認知。 2、研製動磁式有閥線性壓縮機，單級壓比達3比1。證明JT壓縮機與斯特林型制冷機的壓縮機除進排氣閥外，其原理相同。 3、提出末級間壁式換熱器新結構，通過改變流量分布，使制冷機能在小壓比下獲得較大製冷量，對制冷機的小型化、輕量化有較大意義。 回熱式制冷機的理論與實驗研究： 1、理論推導得到壓縮機各參數與聲阻抗之間的關係式，對壓縮機輸出PV功及其轉換效率進行最佳化，並實驗驗證，為線性壓縮機與制冷機之間的阻抗匹配提供依據。 2、數值計算和實驗結果表明，慣性管低溫下調相效果更佳，是解決小聲功調相困難的有效技術途徑之一。 3、 討論了回熱器的最佳化設計流程，給出了回熱器中各個參數對製冷效率的影響關係圖，對常用溫區及頻率的單級高頻回熱器進行了最佳化計算，為回熱器設計提供指導。 需要進一步深入的工作： 1、JT制冷機開式循環改為閉式循環的工作亟需開展； 2、具有本徵長壽命的無油線性電機驅動的大壓比JT壓縮機的研製工作開展得遠遠不夠； 3、線性壓縮機驅動的高性能回熱式低溫制冷機（預冷側）的研製工作仍需深入開展，特別是在高可靠性方面； 4、新的原理新的流程需要進一步探討。
