毕业答辩--热声驱动75K温区双向进气型脉冲管制冷机设计.pptVIP

热声驱动75K温区双向进气型脉冲管制冷机设计 2011.6 答辩人： 摘要 1 课题背景 热声驱动器的优点： （1）无机械运动部件 （2）可使用低品位能源 （3）结构简单、运行可靠 （4）工作时间长等优点 第一章 绪论 1.1 脉管制冷机的发展历程 1.2.1单极脉冲管制冷机研究进展 1963年，美国的Gifford和Longsworth利用气体在一个圆管内绝热压缩膨胀制冷，而后加入了一个回热器，研制出了第一代脉冲管制冷机 第一章 绪论 1967年，Gifford用一台无阀压缩机代替旋转切换阀，利用活塞在气缸内的往复运动产生的压力波直接驱动脉冲管内的工质，提出了可逆性脉冲管制冷机 第一章 绪论 1984年，前苏联的Mikulin在脉冲管后加入了一个气库，热端换热器和脉冲管之间用一段节流阀连接，也就是所谓的节流小孔，当时被称为气体分配器，得到了最初的小孔型脉冲管制冷机 第一章 绪论 1989年，西安交通大学的朱绍伟在理论分析的基础上，提出了双向进气结构的脉冲管制冷机，用由一根紫铜管加上可调节的小孔组成的“气体分配器”把一股气流直接从压缩机的出口接到脉冲管的热端 第一章 绪论 1997年，Gardner和Swift采用电模拟方法分析了长颈管的调相机理并用实验进行了定型验证 第一章 绪论 1998年，日本的Matsubara等提出了移动活塞型脉冲管制冷机（也称双活塞型脉冲管制冷机），他们设想的这种结构可以回收膨胀功，提高制冷效率 第一章 绪论 1992年，中科院低温中心周远等在双向进气的基础上提出了多路旁通脉冲管制冷机 第一章 绪论 1.2.2多级脉管制冷机的研究进展 1965年，Gifford 和Longsworth研制的二级基本型脉管制冷机最低制冷温度达到123K。 1967年，Longsworth报道了采用二级和四级基本型脉管制冷机分别获得了79K和32K的低温。 1993年，Matsubara等人利用三级双向进气型脉管制冷机成功达到3.6K，使得脉管制冷技术首次进入液氦温区。 1996年，德国Giessen大学王超和Heiden，浙江大学的陈国邦和邱利民几乎同时采用二级GM型脉管制冷机达到了液氦温度。 2003年，浙江大学蒋宁采用3He工质，利用热耦合型二级脉管制冷机实现了1.27K的低温，这是目前报道的采用脉管制冷技术获得的最低温度。 第二章 脉冲管制冷机相关理论探索 1 焓流调相理论 2 表面泵热原理 3 向量分析法 4 热力学非对称理论 5 数值模拟理论分析 6 热声相关理论 （1） Rott经典热声线性理论 （2）线性热声网络理论（热声学相似理论） 第三章 脉冲管制冷机的设计 2.2 脉冲管制冷机结构参数分析 （1）回热器及其填料结构 回热器是回热式制冷机的一个重要的部件，选用回热器填料的主要原则是：填料具有足够高的热容；填料孔隙通道的水力直径应该小于工质的热穿透深度，大于工质的粘性穿透深度，以保证良好的热接触并且压力损失较小；填料的特征尺寸（这里指丝网的直径，简称丝径）应该小于或接近填料的热穿透深度，以免填料拥有多余无效的热容进而增加回热器内的轴向导热。 第三章 脉冲管制冷机的设计 （2）回热器空容积、脉冲管容积、回热器和脉冲管的长径 比 对于脉冲管的长径比，一般有三个选取原则： 脉冲管的直径远大于工质的热穿透深度和粘性穿透深度。 脉冲管内处于层流状态。 脉冲管应足够长，使冷端进入脉冲管的气体不直接接触热端。 一般情况下脉冲管的长径比在10-20之间。 第三章 脉冲管制冷机的设计 （3）气库体积的影响 气库体积的大小对脉冲管制冷机的性能有影响，但这个影响是有限度的，一般认为对于低频脉冲管制冷机，气库体积为10倍脉冲管体积为宜，当其值大于10倍以后，气库体积的增加对脉冲管制冷机的影响不大。对于高频脉冲管制冷机，气库体积取脉冲管、回热器和压缩机扫气容积之和的10倍为宜。 第三章 脉冲管制冷机的设计 （4）换热器 对换热器的要求主要有，工质气体与周围固体介质间的良好换热；换热器横向导热性能良好，以便更好地与外界进行热交换。 第三章 脉冲管制冷机的设计 2.3 脉冲管的设计方法和设计结果 采用热声发动机为驱动单元的脉冲管制冷机，其设计方法与普通