微型同軸脈管制冷機的實驗研究和理論分析.pdf

1、低溫電子學以導體動態(tài)電阻的熱噪聲在低溫下可大大降低為基礎，包括半導體電路，高溫超導電路，半導體與超導體的混合集成電路，低溫光電子電路等，其主要工作溫區(qū)為60～80 K，需1～6 W 制冷功率。 本文在中科院上海技術(shù)物理研究所和上海交通大學制冷與低溫研究所合作的基礎上，結(jié)合國內(nèi)外脈管制冷機的研制現(xiàn)狀，研制一套微型同軸脈管制冷機，其性能在80K時能提供5W 制冷量，輸入功率為110W。圍繞研制脈管制冷機樣機，本文主要做了以下幾方面工

2、作： 1.首先，采用REGEN3.3 程序?qū)γ}管制冷機蓄冷器進行了詳細計算和分析，利用REGEN3.3的計算結(jié)果對蓄冷器進行了分析，對比了不同冷端壓比下，蓄冷器的冷端質(zhì)量流和壓力波相位角對蓄冷器效率的影響。 并對比了蓄冷器中冷端壓力和熱之間的關系。結(jié)果表明，在蓄冷器中的傳遞，壓力占的絕大部分。對于給定尺寸的蓄冷器，當壓比為1.2時，冷端質(zhì)量流滯后于壓力波相位角30°時，效率最高。 2.其次,對微型

3、同軸脈管制冷機的關鍵零部件進行了詳細的設計和改進。對蓄冷器堵頭部分進行詳細設計，優(yōu)化了制冷機的性能；對冷頭部分進行了改進，提出了一種新型的整體螺紋焊接式冷頭結(jié)構(gòu)。冷頭特殊的三種結(jié)構(gòu)優(yōu)化了冷頭的性能：螺紋連接加焊接的方式，增加了焊接的可靠性和檢漏時的安全性；狹縫式流道設計不但使工作氣體流動更加均勻，而且增大了冷頭的整體換熱面積；冷端擋板內(nèi)的紫銅絲網(wǎng)起到層流化脈管冷端氣流的作用和部分換熱的作用。 3.搭建了高頻微型脈管制冷機整機測試

4、系統(tǒng)。通過鉑電阻溫度計來測量脈管制冷機冷頭溫度，利用熱平衡方法來實現(xiàn)脈管制冷機在特定溫度下的制冷量測量。同時利用計算機對測量數(shù)據(jù)進行采集，實現(xiàn)脈管制冷機動態(tài)測量技術(shù)。 4. 微型同軸脈管制冷機的實驗測試及分析。首先，研究了組合慣性管調(diào)相技術(shù)對脈管制冷機制冷性能的影響規(guī)律。實驗測試表明，不同慣性管組合對脈管制冷機的制冷性能非常大，而同一組慣性管組合下，制冷機在某個頻率點能取得最佳的性能，但是在最佳頻率點附近4Hz的范圍內(nèi)，最低溫度