| 题名 | 10K温区高频多级脉冲管制冷机理论与实验研究 |
| 答辩日期 | 2011 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 梁惊涛 |
| 关键词 | 10K温区 高频多级脉冲管制冷机 回热器 回热材料 |
| 学位专业 | 博士 ; 制冷及低温工程 |
| 中文摘要 | 与其他小型低温制冷机相比，脉冲管制冷机具有振动小、效率较高、电磁干扰小等优点，非常有望成为继斯特林制冷机之后的新一代制冷机。由于单级高频脉冲管制冷机的最低制冷温度一般都在20K以上，无法满足超长波红外探测器、低温超导设备和航天深空探测等对更低制冷温度的需求。鉴于10K温区长寿命制冷机是满足上述需求的基本条件，非常有必要研制10K温区高频多级脉冲管制冷机。然而，国外只有少数单位掌握10K温区脉冲管制冷技术，与国外相比，国内10K温区高频多级脉冲管制冷机的研究仍处于起步阶段，存在着诸多尚待解决的问题。针对这些问题，本文开展了10K温区高频多级脉冲管制冷机理论与实验研究的工作，研究内容主要如下： 1. 10K温区高频多级脉冲管制冷机总体技术方案研究。从高频多级脉冲管制冷机级间耦合方式、调相机构、回热材料和气体工质四个方面进行研究，通过分析提出了10K温区高频多级脉冲管制冷机的设计思路。 2. 多级脉冲管制冷机各级间温度影响和耦合方式的研究。为了研究多级脉冲管制冷机各级间温度的影响，设计了一台带预冷级的两级气耦合型脉冲管制冷机，其研究结果对两级热耦合以及三级制冷机的研制具有借鉴意义。 3. 多级脉冲管制冷机调相机理的理论与实验研究。通过DeltaEC软件，对纯惯性管和惯性管加气库两种调相方式的调相机理进行研究，并通过分析，确定两种调相方式是否可以互换。在理论工作的基础上，开展了实验的验证工作，其研究结果有利于更好地理解惯性管的调相机理。针对高频多级脉冲管制冷机中低温级调相能力不足的问题，对低温惯性管的调相机理进行了模拟，其结果有利于理解和设计10K温区高频多级脉冲管制冷机的低温级的调相机构。针对低温下调相机构的特殊性，研究了喷嘴的常温特性及其代替双向阀门作为双向进气调节机构的可能性。 4. 10K温区工质和材料物性特征对低温级制冷机影响的研究。从材料的体积比热容出发，提出了10K温区所采用的回热材料。并通过计算氦气的热穿透深度和粘性穿透深度以及材料自身的热穿透深度，给出了低温级所使用的回热材料的尺寸范围，并给出了其随温度变化的曲线。使用REGEN3.3软件，对低温级制冷机的各种损失进行研究，并根据研究结果，给出了不同温区和不同回热材料时制冷机各种损失的比例以及其减小这些损失的措施。 5. 两级热耦合型脉冲管制冷机的实验研究。设计了一台新型热耦合型两级脉冲管制冷机，并根据实验室的条件，建立了两级脉冲管制冷机的实验装置，进行了实验研究。对低温惯性管、双向进气、低温旁通、平均压力和回热材料等方面进行了实验研究和优化。结果表明：二级输入功率为200W时，最低温度为10.54K，该温度是目前国际上高频两级脉冲管制冷机的最低温度。 6. 三级脉冲管制冷机的优化设计。通过REGEN3.3软件，对三级脉冲管制冷机10-40K、40-80K和80-300K温区的回热器的长度和尺寸进行设计，并根据两级热耦合脉冲管制冷机的经验对脉冲管进行了设计，为可能获得更低温度的三级高频脉冲管制冷机的研制打下了基础。 上述工作提高了国内10K及其以下温区脉冲管制冷机的研制水平，为下一步发展空间用的极低温技术奠定了良好的基础。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.2.71:8080/handle/181331/10961]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_全文传递文献库_qwcd 学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | . 10K温区高频多级脉冲管制冷机理论与实验研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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