gm型脉管制冷机主动式配气系统与富余冷量利用方法研究-study on active air distribution system and utilization method of surplus cold capacity of gm pulse tube refrigerator.docx

致谢时间已是 2011 年元旦，转眼已在浙大度过了两年半的硕士生涯。求是园的 时光总是短暂而美好的，这盟有我景仰的老师、亲密的同学和真诚的朋友，这里 有令我如痴如醉的学术氛围和科研精神，这里还有我忙碌的足迹、成功的善悦和 失意的泪水。此时此刻，回想起这段人生历程，心中感慨颇多。首先感谢我的导师邱利民教授。从 2007 年 10 月年保研申请开始直到现在， 自己在各方面取得了进步始终得益于邱老师的关心和指导。邱老师在制冷与低温 方向尤其在 G-M 型脉管制冷机领域有着深厚的学术造诣，并亲自指导我开展相 关研究。我现在还记得和邱老师一起讨论主动式配气系统方案设计和富余冷最论 文时的情景。邱老师在为人处事方面给予我很多教诲，例如教导我在遇到问题时要多看积极方面，这样才会让自己提高。在此，特向那老师说一声谢谢! 同时，感谢甘智华教授。甘老师对待科研的严谨态度给了我很大启发。当我遇到实验方面的问题时，甘老师总会给与我悉心指导。在此表示谢意。 感谢课题组的张小斌老师、张学军老师、孙大明老师和张贤哲老师给予的支持和帮助。感谢硕士期间的授课教师:陈光明老师、金滔老师、张绍志老师、王.勤老师等。感谢张权师傅在焊接方面的帮助。 感谢董文庆师兄对我的帮助。两年多来，师兄教会我很多东西，例如实验台的操作方法和论文方面的写作经验等。感谢 Cryoboat 的兄弟姐妹们，感谢焦波师姐、李卓装师姐、王波师兄、陈杰 师兄等对我学习上的帮助。感谢 201 房间的小硕们，和你们在一起的日子给我的 生活带来了快乐。感谢我的父母，正是家人无私的关爱和支持才让我有拼搏进取的不竭动力和 面对困难时继续向前走的勇气。向所有关心和帮助过我的人致一声问候!衷心祝愿大家幸福安康!且越2011 年元旦 于浙大求是因G-M 型脉管制冷机主动式配气系统与富余冷量利用方法研究 l王超浙江大学制冷与低温研究所，杭州， 310027摘要G嗣M 型脉管制冷机以其振动低、可靠性高、制冷最大等优点，可望在低温 物理、超导磁体冷却、空间低温制冷和气体液化等领域获得推广应用。本文介绍了 G-M 型脉管制冷机的发展历史，着重阐述了配气系统和液氮温 区富余冷最等方面的研究进展。针对严重制约脉管制冷机整机效率的回热器和配 气系统不可逆损失问题，本文重点开展了主动式配气系统的理论研究和液氮温区 富余冷盘利用方法理论研究，同时基于 G-M 型单级脉管制冷机和两级脉管制冷 机实验台开展了相应的实验研究工作。本文的研究进展主要表现在: 1、主动式配气系统理论与实验研究为克服传统配气方式压缩机商耗功、不可逆损失较大等缺点，本文提出了一 种适用于 G-M 到制冷机的主动式配气系统(中国发明专利申请号: 201010122469 .3 )。主动式配气系统采用新增的中间气库四收排气过程中部分气 体并在进气过程中为制冷机提供部分气体，从而形成了自中间气库进气、自压缩 机进气、向中间气库排气、向压缩机排气等四个过程。与传统配气方式中直接通 过压缩机实现进排气过程相比，主动式配气系统可显著降低进排气损失。本文开 脱了单级中间气库配气系统和多级中间气库配气系统脑分析、压缩机耗功分析以 及最优中间气库压力的理论研究。结果表明存在中问气库最优压力使得系统偏产 降至传统主动式配气系统的 50%。基于单级 G幽M 型脉管制冷机开展了相关实验验证工作。实验结果表明，当 中问气库开启比例为 30%时，配气系统不可逆损失和压缩机配气量耗功分别下降 27%和 37%。同时，制冷机获得更低的制冷温度且制冷盘衰减较小。对比了电磁 阀系统和旋转阀系统驱动的 G-M 型脉管制冷机性能，本文从配气量和阀门内部1 本文受阳东杰出青年科学基金(N 0.50825ω1 )资助.流动损失等方面分析了两种阀门制冷性能方面的差异。2、液氮混区G M 型脉管制冷机富余冷量理论与实验研究 富余冷囊是指在对冷头没有或较小影响的前提下，由回热器或脉管内部焰流损失转化所得的富余冷最。本文采用 REGEN3 .3回热器软件对液氮温区 G嗣M 型 脉管制冷机富余冷最进行模拟，定量分析了富余冷最产生机理。开展了单路和多 路富余冷最输出模型研究，具体研究了回热器冷热端温度变化对富余冷量的影响。基于…台液氮温区脉管制冷机开展四热器侧富余冷量分布、冷热端温度变化对富余冷量的影响、多路富余冷最输出和制冷机效率等研究。结果表明，富余冷最可以有效提高制冷机可用能，且富余冷量的获得会造成一级制冷性能一定程度 的衰减和制冷机内部温度分布的变化。 关键词:脉管制冷机，主功式配气，富余冷量e11Study 00 A Novel Active Gas Distributioo System aod Utilizatioo of Excess Cooling Power of