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《30K以下溫區(qū)斯特林型脈沖管制冷機高效蓄冷器理論與實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、博士學(xué)位論文30K以下溫區(qū)斯特林型脈沖管制冷機高效蓄冷器理論與實驗研究作者姓名：包丁立指導(dǎo)教師:黨海政研究員中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所學(xué)位類別:工學(xué)博士學(xué)科專業(yè):制冷及低溫工程培養(yǎng)單位:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所2018年6月TheoreticalandexperimentalinvestigationsonthehighefficientregeneratorintheStirling-typepulsetubecryocoolerbelow30KAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartia
2、lfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinRefrigerationandCryogenicEngineeringByBaoDingliSupervisor:ProfessorDangHaizhengShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesJune2018中國科學(xué)院大學(xué)研究生學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他
3、個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明或致謝。作者簽名：日期：中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解中國科學(xué)院大學(xué)有關(guān)保留，使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存學(xué)位論文。本人同意《中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》出版章程的內(nèi)容，愿意將學(xué)位論文提交《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》電子雜志社，編入CNKI學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫并充實到“學(xué)位論文學(xué)術(shù)不端行為檢測系統(tǒng)”比對資源庫，同意按章程規(guī)定享
4、受相關(guān)權(quán)益。保密論文在解密后遵守此規(guī)定。論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日摘要摘要近年來，國防及民用領(lǐng)域?qū)?0K以下溫區(qū)制冷提出了越來越高的迫切需求。斯特林型脈沖管制冷機由于其效率高、體積小、重量輕、可靠性高和壽命長等突出優(yōu)點，逐漸成為上述領(lǐng)域頗具吸引力的制冷手段。蓄冷器作為脈沖管制冷機的核心部件，隔絕冷熱兩端并實現(xiàn)穩(wěn)定的溫度梯度，其內(nèi)部的不可逆損失占脈沖管制冷機中總體損失的主要部分，而且上述損失隨著溫度降低到30K以下會呈現(xiàn)出更復(fù)雜的特性。鑒于上述背景，為提高制冷效率，本文針對制冷溫度30K以下單級、兩級和三級斯特林型脈沖管制冷機的各類蓄冷器進行了深入的理論與實驗研究。主要研究內(nèi)
5、容和結(jié)論如下：（1）系統(tǒng)分析了30K以下溫區(qū)不同蓄冷器填料的物性以及結(jié)構(gòu)。在物性方面，主要闡述磁性填料在低溫下有較大比熱容的原因。在結(jié)構(gòu)方面，詳細研究絲網(wǎng)以及顆粒結(jié)構(gòu)的簡化模型并且給出相應(yīng)的參數(shù)計算公式。詳細討論了頻率以及充氣壓力如何影響工質(zhì)的粘性穿透深度。（2）建立了一種預(yù)測蓄冷器性能的數(shù)值模擬方法，并對其有效性進行實驗驗證。鑒于理想氣體狀態(tài)方程和穩(wěn)態(tài)流的經(jīng)驗公式不再適用于本文所研究的對象，本模型考慮了實際氣體效應(yīng)以及振蕩流下的摩擦與換熱經(jīng)驗公式。通過理論推導(dǎo)二維Brinkman–Forchheimer多孔介質(zhì)模型，并結(jié)合Fourth-orderRunge-Kutta（四階龍格庫塔）方
6、法進行數(shù)值求解。通過實驗驗證，表明本模型方便、快速，同時又不失精度。（3）對30K以下單級斯特林型脈沖管制冷機高效蓄冷器進行了理論和實驗研究。為提高制冷機的性能，模擬并優(yōu)化了不同目數(shù)的混合絲網(wǎng)填充。主要通過模擬制冷量進行比較，并且使用熵產(chǎn)分析進一步分析蓄冷器內(nèi)部損失。通過單級同軸型脈沖管制冷機進行實驗驗證，結(jié)果表明實驗與理論趨勢一致，說明制冷機的性能能夠通過混合絲網(wǎng)的填充進一步提升。在熱端溫度為300K，輸入電功為220W時，單級制冷機能夠達到26.7K的無負荷溫度，并在30K獲取0.45W的凈制冷量。需要強調(diào)的是，該制冷機既沒有使用雙向進氣也沒有使用多路調(diào)相結(jié)構(gòu)。（4）對20K以下兩級
7、斯特林型脈沖管制冷機高效蓄冷器進行了理論和實驗研究。為了20K以下溫區(qū)獲取有效制冷量，單一的不銹鋼絲網(wǎng)作為填料已經(jīng)不能滿足制冷機蓄冷的需求。這時需要使用該溫區(qū)比熱容較高的磁性材料作為填料來代替不銹鋼。本文提出一種結(jié)合定性分析與定量計算的顆粒粒徑設(shè)計方法，并模擬及優(yōu)化不同材料（不銹鋼與磁性填料）之間的混合填充。研究熱橋的傳熱機理，并定量優(yōu)化熱橋耦合位置和混合填充位置。實驗結(jié)果表明：優(yōu)化后制冷機的無負I摘要荷溫度從21.02K降低至17
