脉管制冷机的壁面温度分布特性的实验的研究.pdfVIP

脉管制冷机的壁面温度分布特性的实验研究+ 刘迎文黄竞何雅玲 (西安交通大学多相流国家重点实验室710049西安) 摘要对脉管制冷机的壁面温度分布进行了详尽的实验研究，获得了有关结构参数 和运行参数对脉管制冷机关键部件——脉管和回热器的壁面温度分布情况，并进行了初 步理论分析。实验结果表明：脉管和回热器的壁面温度分布曲线形状，尤其是回热器的 壁面温度分布，可以作为脉管制冷机结构设计和制冷能力是否最优化的实验判断依据， 并为脉管制冷机的进一步改进和优化设计提供了实验指导。 主题词脉管制冷机温度分布实验研究 1引言 小型低温制冷机在许多高科技领域中有着极为广泛的应用，如红外探测器、超净高真空低温 泵、核磁共振仪和超导量子干涉仪(SQUID)等等。现有在高科技领域中广泛应用的小型低温制 冷机如G．M、Stirling等，由于低温区存在排出器而造成磨损、振动等问题，使其难以适应长寿 命的工作要求。而冷端无运动部件的脉管制冷机，则从根本上解决了冷腔振动、磨损等问题，可 望实现长寿命运行，因而在高科技领域中有着巨大的应用潜力。目前巳成为最具有发展前途的小 双向进气型”1等新型结构脉管制冷机相继提出，使脉管制冷机的性能有了很大的提高，但脉管 制冷机的制冷效率仍远低于较为成熟的斯特林制冷机。为了进一步提高和优化脉管制冷机的性 能。作者提出以壁面温度分布特性作为脉管制冷机性能优化的判别依据，并进行了脉管制冷机壁 面温度分布的实验研究，得出了一些有益试验结论，并验证了其作为判别依据的可行性。 2实验装置 为了方便脉管和回热器的更换和温度测点的布置，本实验装置采用了u型布置的结构形式。 实验系统示意图如图1所示。为了避免辐射热损失对制冷性能和测量结果的影响，在真空罩内壁 和回热器与脉管外壁上包以多层镀铝涤纶薄膜。同时为防止冷端材料在低温下“冷缩效应”而引 起的工质泄漏，在接口处填加了铟丝。实验证明，铟丝密封有效地防止了冷头联接处的气体泄漏。 实验用脉管制冷机的主要结构参数如下：①sT型压缩机为开启式无油润滑氮气压缩机，内径 为内径咖14mm、长度88mm、壁厚0．2 IIIln的不锈钢管，内部填有丝径5X10-2Im、250目的不 锈钢丝网；④脉管和回热器之间采用内径为(b41／1111、壁厚1mm的铜管联接；⑤气库容积0．5L。 为了全面反映制冷机关键部件——脉管和回热器的温度分布变化情况。在实验中测温点的布 置见图1所示，分别沿脉管和回热器等间距布置5个温度测点。实验采用铜．康铜温度热电偶，铜 丝直径0．1 mm，康铜丝直径0．1 mv。 mm，其读数由HP34401A数字万用表读取，最小读数为0．001 ’国家973重点基础规划(G2000026303)和国家自然科学基金(5ff276046)资助项目 图1实验系统图 3实验结果及分析 本实验详细研究了小孔阀和双向进气阀、工作频率、充气压力对壁面温度分布的影响。 3．1小孔阀开度对壁面温度的影响 图2是在充气压力、工作频率及双向进气闻等参数确定的情况下，脉管和回热器的壁面温度 分布随小孔阀开度变化的变化曲线。 ，∞ 0 枷 240 x 220 拦2∞ 磷1¨ ¨m