VM型脉冲管制冷机数值模拟与实验研究

发布时间：2019-08-26 21:26

【摘要】：本文介绍了由VM型热压缩机驱动的脉冲管制冷机基本结构、数值模拟与实验研究。热压缩机借鉴VM制冷机产生压力波动的方式,即依靠室温与冷源之间的温度差产生压力波动,驱动低温级脉冲管制冷机。利用液氮温区制冷机为热压缩机提供所需要的冷量,避免使用低温液体带来的不便。低温级脉冲管制冷机的回热器与脉管采用U型布置,调相机构采用小孔气库加双向进气方式。这种结构不使用有阀压缩机,可以产生低频压力波动,保证回热器在低温区高效工作。在原有结构的基础上,改造热压缩机回热器尺寸与填料,使用Sage软件进行了整机模拟,对调相机构进行优化,考察其在不同的运行频率、平均压力、排出器位移下的制冷性能。对改造后的脉冲管制冷机进行了初步的实验研究,获得14.4K无负荷制冷温度。
【图文】：

热压缩,驱动脉冲

３期逦王亚男等：ＶＭ型脉冲管制冷机数值模拟与实验研究逦４７１逡逑有内禀的不可逆损失。Ｓｔｉｒｌｉｎｇ型制冷机基于Ｓｔｉｒｌｉｎｇ逦机模型，右半部分为制冷机模型。改造方案基于的逡逑循环，具有潜在的高效性，但其通常工作在高频工况逦思路是；先单独计算低温脉冲管制冷机，提取其入逡逑下，回热器在低温区尤其到液氦温区损失很大，效率逦口阻抗幅值与相位角；将其阻抗带入热压缩机程序逡逑较低。为了获得极低温区，需要采用三级及三级以上逦匹配计算；以效率最高为目标函数（效率＝输出声逡逑结构，系统复杂，热效率低ｐ＾４）。逦功／预冷量），以回热器热端气体位移幅值／回热器长逡逑针对不同应用领域对液氦低温制冷机提出的更逦度＜２０％为限制条件，，优化回热器的直径与长度；在逡逑高要求，诸如系统紧凑、效率高、振动噪音孝寿命邋最优直径与长度下，优化回热器不锈钢丝网填料的逡逑长、免维护周期长等，借鉴ＶＭ制冷机产生压力波动逦目数与丝径。经过计算，最终选定其参数如表１所逡逑的方式基于脉冲管制冷机冷端无运动部件、结逦示，回热器填充８０目不锈钢丝网，丝径为ＵＯｐｍ。逡逑构简单、可靠性高、寿命长等优点，文献阅发展了逡逑干式（ｃｒｙｏｇｅｎ－ｆｒｅｅ）ＶＭ型热压缩机驱动的脉冲管制逦预冷系统逡逑冷机。其中，热压缩机的排出器由动磁式直线电机逦ｊ邋＾逦热ｆ宿机逡逑驱动，依靠室温与冷源之间的温度差产生压力波动；逦７ｉ－１逦Ｘ一逡逑两台液氮温区斯林型脉冲管制冷机提供热压缩机所逡逑需要的冷量，有利于优化控制热压缩机低温端温度逦ｐ一＂ｆｊ一￣低温级脉管制冷机逡逑和实现结构上的紧凑性；脉冲管制冷机由热压缩机逦ｐＭＡＭ＾Ｓ邋—邋＿邋Ｔ逡逑产生的压力波动驱动。该制冷机运行频率

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，修改热压缩机回热逦｜逦｜逦＿逡逑器以提高其输出压比。对修改后的制冷机进行整机逦＿逦Ｔ１２逡逑模拟，考察其在不同频率、平均压力以及排出器位邋逦ｒｎ？ＵｉＬ＾ＭｉｒｒＩｍ丨ｔｈ逡逑移下的性能，并对制冷机进行了初步的实验研究。逦ｗｄ逡逑１系统结构介绍逦｜逦Ｔ１１逡逑在文献［７］工作的基础上，对热压缩机回热器逦屯＿逡逑进行改造以提高其输出压比。ＶＭ型热压缩机驱动逦Ｔ逡逑脉冲管制冷机结构如图１所示，基于Ｓａｇｅ软件的逦图１邋ＶＭ型热压缩机驱动脉冲管制冷机结构逡逑整机模拟程序如图２所亦，图２左半部分为热压缩逦Ｆｉｇ．邋１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ＶＭ邋ｔｙｐｅ邋ｐｕｌｓｅ邋ｔｕｂｅ邋ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ逡逑０－＾邋Ｐｓｔｄｙ邋６逦７邋７／ｗＧｉ邋￣８逦２５邋ｉｎｎ，邋＜－＾￣＼－＞ｍＱ４４邋４４逦ｔ邋－＾ｍｃ，Ａ３邋４３邋／ｎｃ．－＜－．逦ｍ0．３３逡逑ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｓｏｕｒｃｅ邋ｅｘｃｈａｎｇｅｒ－ｈｏｔ逦ｒｅｇｅｎｒａｔｏｒ逦ＨｏＣｕ２逦ｃｏｌｄｈｅａｄ逦ｔｕｂｅ邋ｂｕｎｄｌｅ逡逑２ｍｏ＇＾ｍ＇ａｌｌ，７ｍａ３３ＭＵ，＾＾ｍ３４邋３４邋ｍｉ＾＾３５逡逑ｅｘｃｈａｎｇｅｒ－ｃｏｌｄ邋ＣｏｌｄＴｕｂｅ逦ｓｐａｃｅ－Ｃｏｌｄ逦ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ邋ｔｕｂｅ邋Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ邋Ａｍｂｉｅｎｔ邋ｔｕｂｅ邋ｂｕｎｄｌｅ逡逑Ｈｅａｔ邋Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ逡逑１６逦－＞ＰＰｈ？邋１７１２邋ｍＱＸ—）－＞ｍｅｎ邋１３邋＾邋尸ｐｈｓｒ＾ｉ：：：：）—士（ｉｌ邋１２邋４２ｍａ，＜－邋Ａ＼邋－？ｗｇｉ４１逦４１邋ｍＧ＼＜－邋ｃ：：＾逡逑Ｄｉｓｐｌａｃｅｒ逦ＡｍｂｉｅｎｔＴｕｂｅ逦ｓｐａｃｅ－ｈｏｔ逦ｓｈａ
【作者单位】：中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室;中国科学院大学;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(No.51376187,No.51576205)
【分类号】：TB651

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