气动型斯特林/脉管复合制冷机理及级间耦合特性研究

发布时间：2021-01-30 04:35

　　斯特林/脉管复合型制冷机（ST/PTC,Stirling/Pulse Tube hybrid Crycooler）结合了斯特林制冷机在高制冷温区高效、高可靠性和脉管制冷机在低制冷温区较为高效、高可靠性的优势,成为一种满足当前长周期深空探测任务的潜在理想机型。但是,当前该种制冷机的研究细节较为匮乏,缺乏明确的制冷机理分析模型和可靠设计方法,本文基于气动型ST/PTC,从制冷机理和级间耦合特性两方面进行了研究。具体开展工作如下:1)发展了基于热力学时均分析和调相理论的ST/PTC能量流和相位分析方法基于热力学时均分析方法获得了理想情况下ST/PTC的能量流分布,结果表明:与脉管制冷机不同,ST/PTC由于回收了排出器的膨胀功,其最大声功等于压缩机的压缩功和斯特林级的制冷量之和。根据能量流分析结果对复合型制冷机中斯特林级的制冷性能系数进行了验证。采用调相理论分析了 ST/PTC中压力波和质量流之间的相位分布,结果表明:由于排出器和膨胀腔的相互作用,ST/PTC中压力波和质量流之间的相位可以从斯特林级排出器冷端的负相位（质量流落后压力波）扭转为脉管级回热器入口处的正相位,从而使两级回热器均可工... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

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空间探测器所需低温环境很度及冷却方式}a}Figure1.1Workingtemperaturesandcorresponddingcoolingtechnologiesforspacedetectors圈

以液氦溫区为例，表１．３列出了当前世界上近１０年来已发射和在研的使用??液氦温区主动式机械制冷技术的低温空间探测任务的详细信息。表１．４?给出??了截至２０１３年，空间应用中主动式机械制冷机应用现状。图１．３［４９］呈现了?１９８１??年至２０１３年四种常用小型低温制冷机（斯特林制冷机、脉管制冷机、ＧＭ制冷机??和Ｊ－Ｔ节流制冷机）的研究文献比例分布。结合表１．３可知，当前斯特林制冷和??脉管制冷机是空间用主动式制冷技术的主流技术

由于无论作为制冷机还是发动机，早期斯特林热机的性能都不尽人意，所以??之后的近百年间，斯特林热机的发展陷入沉寂。直至１９３８年，出于为战时雷达??站提供电力的需要，荷兰菲利浦实验室的Ｈ．Ｒｉｎｉａ重新考虑使用斯特林循环作为??发动机来驱动发电机，在研制过程中，他们发现当对研制的发动机输入功时，它??们竟然具有非常好的制冷效果，Ｈ．Ｒｉｎｉａ等于１９４５年在输入功为１马力（７３５．５?Ｗ）??的情况下获得了－１９０°Ｃ的温度，自此斯特林制冷机的研究在菲利浦实验室成为一??个单独的部门，在开创性成果的基础上不断地取得突破。代表性成果为：（１）．１９５０??年成功使用斯特林制冷机液化空气［５３］；?（２）．?１９５４年研制出在７７?Ｋ具有５８０Ｗ制??冷量的斯特林制冷机，用于液化空气时，每小时可获得７．５Ｌ液化空气［５３］。（３）．１９６５??年研制出用液压驱动的四缸整体式斯特林制冷机可在７７?Ｋ提供２０?ｋＷ的制冷??量，使用氢气为制冷工质时，在１００?Ｋ的相对卡诺效率高达４６％［５４Ｌ??菲利浦实验室的相关研究引发了新一轮的对斯特林制冷机的关注，并成功推??


本文编号：3008249