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题名	高频脉冲管制冷机小型化理论基础与实验研究
答辩日期	2015
授予单位	中国科学院研究生院
导师	蔡京辉
关键词	高频脉冲管制冷机 小型化 频率 Lagrange描述 蓄冷器
学位专业	博士 ; 制冷及低温工程
中文摘要	脉冲管制冷机冷端无运动部件，具有冷头振动小、可靠性高、对电子元器件电磁干扰小等一系列优点，是一类重要的空间低温制冷机。空间技术的发展，对制冷机提出了更高的要求。小型化高频脉冲管制冷机是新一代脉冲管制冷机发展方向之一。小型化高频脉冲管制冷机除了具有上述优点外，还具有体积重量小，降温时间短，热响应快等优点。这不仅能满足新型空间红外探测器的需求，而且非常适合地面军事领域应用。地面军事设备采用该制冷机代替JT制冷机和斯特林制冷机，可以降低系统维护成本，同时为探测器提供更好的工作条件。小型化高频脉冲管制冷机已在空间和地面军事领域得到应用，并有逐步代理斯特林制冷机趋的势。因此，研究小型化高频脉冲管制冷机具有现实意义。本文基于Lagrange描述建立了脉冲管制冷机冷指理论模型，开展了针对小型化高频脉冲管制冷机的理论和实验研究，并研制出具有世界先进水平的小型化高频脉冲管制冷机样机。本文研究内容主要包括以下几个方面： 基于Lagrange描述方法，建立了考虑气体粘性和温差传热等非理想因素的小型化高频脉冲管制冷机模型。经检验，所建立的模型满足质量、动量和能量守恒定律，且与实验结果基本相符。该模型描述了制冷机内部气体微元热力学循环，从微观角度解释脉冲管制冷机交变流动和换热过程。模型后处理部分可将计算结果转换为Euler描述下的物理场量，使计算结果直观（如制冷量时均焓流等）地从宏观角度分析制冷机工作状况。 讨论了蓄冷器两端相位差、蓄冷器冷端压力波幅值、制冷机运行频率、充气压力、蓄冷器冷端温度和蓄冷器热端温度等参数对小型化高频脉冲管制冷机以下几个方面的影响。第一、蓄冷器制冷量、蓄冷器热端气体活塞PV功和蓄冷器冷端气体活塞PV功。第二、制冷机内部不同位置面上时均焓流、时均熵流、压力波、速度和质量流幅值及相位。第三、蓄冷器内部气体微元热力学循环过程。第四、蓄冷器内部微元摩擦耗散过程、PV消耗过程、热量交换过程和换热熵产过程。第五、蓄冷器内部不同微元单位周期PV功效率和换热熵产率。为高频脉冲管制冷机小型化打下理论基础 对线性压缩机、脉冲管冷指、调相结构进行理论分析。结合小型化高频脉冲管冷指工作特点，分析了小型化高频脉冲管制冷机谐振频率与板簧刚度、活塞面积、压缩机动质量、线圈匝数和充气压力之间的关系。研究了两种高频脉冲管冷指小型化方案（减小冷指直径和减小长度）对制冷机内部热力学参数造成的影响。讨论了不同尺寸蓄冷器内部热力学参数的相同点和不同点和两种小型化方案的异同。计算了小型化高频脉冲管制冷机调相结构尺寸，并分析出调相机构调相特性与环境温度之间的关系。 结合理论研究，开展了小型化高频脉冲管制冷机实验研究。第一、实利用实验室已有50Hz线性压缩机，开展线性压缩机与小型化高频脉冲管制冷机匹配特性研究。研究了压缩机输出的频率特性和制冷机制冷性能频率特性。第二、实验研究了蓄冷器填充方法对小型化高频脉冲管制冷机影响。第三、开展了不同调相机构对小型化高频脉冲管制冷机影响研究。第四，研制小型化高频脉冲管制冷机样机并开展样机环境温度适应性研究。最终，研制出一台达到世界先进水平的小型化高频脉冲管制冷机。
内容类型	学位论文
源URL	[http://202.127.2.71:8080/handle/181331/11314]
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	. 高频脉冲管制冷机小型化理论基础与实验研究[D]. 中国科学院研究生院. 2015.

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