采用He-Ar 混合工质的热声压缩机的制冷性能研究①.pdfVIP

年第 期 低 温 工 程 2002 2 No . 2 2002 总第 126 期 CRYOGENICS Sum No . 126 采用He-Ar 混合工质的热声压缩机 的 制 冷 性 能 研 究① 沈 漪 陈国邦 甘智华 金 滔 黄永华 吴张华 汤 珂 （浙江大学制冷与低温工程研究所 杭州 310027 ） 摘 要 基于理论分析，进行了惰性气体混合工质的热声压缩机驱动脉管制冷 机的性能试验。初步的实验结果表明，随着氦氩混合工质 数的减小，热声压缩 Pr 机性能得到了提高，工作频率降低，从而使脉管的制冷性能得以改善。 主题词 混合工质 热声压缩机 脉管制冷机 1 前 言 最近30 年以来，航天技术、红外技术、原子能技术、超导技术以及低温电子学、低温物理 学、低温医学和低温生物学等现代科学技术迅速发展，对低温制冷机的可靠性提出了更高的要 求。虽然脉管制冷机消除了低温端的运动部件，但在其室温端仍存在运动部件，这已成为进一步 提高整个制冷系统可靠性、稳定性和无维修时间的瓶颈。采用热声压缩机代替常规机械压缩机来 驱动脉管制冷机，整个制冷系统除流动工质外没有运动部件，从根本上消除了常规机械制冷机存 在的磨损与振动，从而使其可靠性大为增加。热声压缩机的另一特点是它可以采用热能 （太阳 能、燃气）驱动，具有极大的灵活性。因此，在输电困难但能提供热能的地方 （如近海平台或荒 漠中开采石油和天然气）有着重要的应用前景。并且采用低品位的热能还有利于提高系统的热力 学效率。 热声效应要真正获得应用，无论是理论上还是工程上都还需要大的飞跃，其中提高热声机械 ［］ 的热力效率是急待解决的关键问题之一。热声机理的分析表明1 ，工质的热渗透深度 和粘性 δ k 渗透深度δ 在热声转换的过程中起着至关重要的作用，前者是热声效应的驱动因素，后者则是 γ 动能损失的成因。因此，减小工质的粘性渗透深度、增大工质的热渗透深度将有利于提高热声机 械的效率。分析指出，粘性渗透深度与热渗透深度之比是普朗特数 （ ）的平方根，这就意味 Pr 着热声机热力效率的提高可以通过减小工质 数的途径来实现。产生热声效应当基本满足的条 Pr 件是 ，即 。通常所用的单原子惰性气体 （如氦）的 数约为 ，能满足此条 δ/ δ 1 Pr 1 Pr 2/ 3 k γ 件。然而选用一定比例的混合工质可以获得比纯氦更低的Pr 值，从而获得更高的效率。低 Pr 数只说明粘性渗透深度同热渗透深度的相对量降低，而较大的热渗透深度值，即驱动因素的绝对 受国家自然科学基金项目资助。沈漪，女， 岁，硕士研究生。 ① 23 本文于 年 月 日收到。 200 1 5 20 12 低 温 工 程 2002 年 量，是热声效应强度的决定因素之一。通过分析可知热渗透深度 与角频率的平