《30 K溫區大功率高頻回熱制冷機理研究》是依託浙江大學，由孫大明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：30 K溫區大功率高頻回熱制冷機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：孫大明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大功率高頻脈管制冷方法是高溫超導發電機和電動機等強磁場高溫超導裝置冷卻的理想選擇，高頻交變流動條件下的大功率回熱制冷機理研究可望大大提高大功率高頻脈管制冷機在30 K及以下溫區的效率和可靠性。本課題以進一步提高大功率高頻脈管制冷機在30 K溫區的性能為目標，研究回熱器內焓流、熵流、聲功流的大小和相互作用關係，探究回熱器內不可逆損失的根源，尋找提高回熱效率的有效途徑；揭示大功率高頻低溫回熱器聲流不穩定的發生機理；研究級間耦合方式對回熱器級間氣體質量分配和能量轉化與分配的影響規律，探索新型的大功率高頻脈管制冷機結構型式；研究大功率低溫制冷機的冷量引出方式和表征方法，探究大功率高頻脈管制冷機回熱器冷端換熱器的最優結構；研究新型的相位調節方式，探索高效回收大功率高頻脈管制冷機進入脈衝管內聲功的方法，有效提高制冷機系統的效率。為30 K溫區高效、可靠大功率高頻脈管制冷機的實用化奠定理論和實驗基礎。
結題摘要
大冷量回熱式低溫制冷機是超導冷卻和小規模氣體液化的關鍵支撐技術。本課題以進一步提高大功率制冷機性能為目標，建立數學物理模型，研究回熱器內焓流、熵流、聲功流的大小和相互作用關係，探明回熱器內不可逆損失的根源，探尋提高回熱效率的有效途徑。設計並搭建了一台大冷量曲柄連桿式斯特林制冷機，系統地研究了其內部工作特性以及各種能量損失，並對其製冷模組進行了結構和尺寸的最佳化。在此基礎上研究大功率低溫制冷機的冷端換熱器的最優結構及冷量引出方式，有效地提高了制冷機的效率。該制冷機可以在液氮溫度77 K下提供1050 W製冷量，COP為12.04 %，相對卡諾效率高達33.28 %，是已經公開報導的該類型制冷機所能達到的最佳性能。制冷機的最低製冷溫度達到了30K溫區。 在高效回熱制冷機理研究成果的基礎上，開展了基於大冷量斯特林制冷機的液化天然氣BOG再液化回收技術的套用研究，並率先成功套用於國內多處天然氣加氣站，目前該套BOG回收系統能夠實現20~50 L/h的天然氣液化量。這一工作為國家的節能減排服務，使低溫技術直接套用於有機揮發物和溫室氣體的回收減排，變廢為寶，經濟和社會效益顯著。 值得指出的是，30K溫區大冷量回熱式低溫制冷機對於超導套用至關重要，基於本課題的研究成果，一方面已經在國內率先研發出液氮溫區的1kW~4.5kW大冷量斯特林低溫制冷機，，為高溫超導體（特別是線纜、限流器等）的冷卻提供冷源；另一方面，30K溫區的低溫制冷機可以為超導電機提供冷源，這一溫區的研究成果已經成功套用於MRI（磁共振成像儀）的磁體加速預冷卻，可以利用循環冷氦氣將磁體快速冷卻到40K以下溫區，替代從國外進口的低溫制冷機。 總之，通過本課題的研究，不但完成了基礎研究內容，在回熱式低溫制冷機理方面取得了良好的研究成果。特別地，研究團隊積極將研究成果套用於小規模氣體液化和超導磁體的冷卻套用中，替代了進口產品，為國家節省了外匯，取得了很好的經濟價值，也為國家的節能減排做出了應有的貢獻，社會效益顯著。
