G-M/J-T混合循环氦制冷机系统设计及实验研究

发布时间：2022-02-24 17:40

　　现代世界上氦气资源的日益紧张,推动了实验室用的低温真空设备向小型化和集约化方向的快速发展,促进为小型低温真空装置提供液氦冷量的小型氦制冷机的技术进步。本文以单台10K温度级Gifford-McMahon制冷机为预冷冷源的氦节流制冷机系统（简称,G-M/J-T混合循环氦制冷机系统）为研究对象,采用热力学基本原理分析了 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统的热力循环性能,研究了 G-M制冷机冷头预冷能力对制冷机系统制冷量的影响;针对4.5KG-M/J-T氦制冷机系统不同温度区间的各设备工作特性,借鉴Cloude循环氦制冷机设计和运行经验,选取了的系统关键设计参数,设计系统的冷箱、真空与绝热系统、低温换热器和数据采集系统等关键部分;采用传热学和流体力学基本原理深入分析系统各低温设备内的传热和工质流动特性,验证了系统各关键部分设计的合理性,完成了各关键部件的研制。本文搭建了开式G-M/J-T混合循环氦制冷机系统实验平台,通过制冷机降温实验,对制冷机系统的降温性能和制冷能力进行了深入的研究分析,实验结果表明:设计的G-M/J-T混合循环氦制冷系统能够了稳定降温到液氦温度并在该温度下获得一定制冷量的... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景与意义
    1.2 低温物理学与低温制冷技术
    1.3 以G-M制冷机为冷源的小型氦制冷机发展
        1.3.1 以G-M制冷机为冷源的冷凝式小型氦制冷机
        1.3.2 以G-M制冷机为预冷冷源的J-T循环式小型氦制冷机
    1.4 本文研究内容
第二章 G-M/J-T氦制冷系统热力学分析与计算
    2.1 氦与氦制冷机系统
        2.1.1 氦的基本性质
        2.1.2 氦制冷机系统
    2.2 G-M/J-T混合氦制冷热力循环参数选择
    2.3 G-M/J-T氦制冷循环的分析与优化
    2.4 本章小结
第三章 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统设计
    3.1 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统冷箱的设计
        3.1.1 冷箱的结构设计
        3.1.2 材料的选择
        3.1.3 密封与连接
    3.2 真空与绝热设计
        3.2.1 真空设计
        3.2.2 绝热设计
    3.3 换热器设计
        3.3.1 冷头换热器设计
        3.3.2 主回路换热器设计
    3.4 测量采集系统设计
        3.4.1 温度与制冷量测量
        3.4.2 流量与压力测量
        3.4.3 数据采集
    3.5 本章小结
第四章 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统的传热分析
    4.1 G-M/J-T混合循环氦制冷机的温度分布
    4.2 换热器的传热分析
        4.2.1 冷头换热器的传热分析
        4.2.2 主回路换热器的传热分析
    4.3 低温热防护屏的传热分析
        4.3.1 热防护屏冷却管内流动传热过程
        4.3.2 热防护屏热负荷分析
        4.3.3 热防护屏温度分布ANSYS分析
    4.4 低温调节阀的传热分析
        4.4.1 低温调节阀的基本结构与性能
        4.4.2 低温调节阀的冷量损失分析
        4.4.3 低温调节阀的温度分布ANSYS分析
    4.5 本章小结
第五章 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统的测试实验与讨论
    5.1 实验装置
        5.1.1 制冷机设备试装配
        5.1.2 制冷机冷箱内管路的安装
        5.1.3 制冷机的压力和检漏测试
        5.1.4 测量器件和绝热真空设备
    5.2 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统测试实验
        5.2.1 热防护屏降温实验
        5.2.2 制冷机低温调节阀的降温实验
        5.2.3 制冷机系统降温实验
    5.3 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统制冷量测试实验
    5.4 G-M/J-T混合循环氦制冷机系统实验结果分析
        5.4.1 制冷机测试结果的误差分析
        5.4.2 制冷机测试结果的数据处理
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 本文的创新点
    6.3 本研究工作进一步的展望和设想
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3643215