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《百赫茲微型脈管制冷機理論與實驗研究》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、密級:博士學(xué)位論文百赫茲微型脈管制冷機理論與實驗研究作者姓名：余慧勤指導(dǎo)教師:吳亦農(nóng)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(jìn)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(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)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
2、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TheoreticalandExperimentalR
3、esearchontheMiniaturePulseTubeCryocoolerOperatingatHundredHertzAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinRefrigerationandCryogenicEngineeringByHuiqinYuSupervisor:ProfessorYinongWuShanghaiInst
4、ituteofTechnologyandPhysicsChineseAcademyofScienceJune2018摘要摘要微型脈管制冷機不僅繼承了脈管制冷機小振動、高可靠性和長壽命等優(yōu)點，還具有小體積、輕質(zhì)量和快速降溫等特點，可實現(xiàn)緊湊地空間布局以滿足不斷發(fā)展的軍事，商業(yè)和空間科學(xué)任務(wù)需求。微型脈管制冷機在未來空間、軍事和民用等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。理論指出，提高頻率和充氣壓力是實現(xiàn)脈管制冷機微型化的有效途徑。受材料本身的機械強度等方面限制，無法大幅增加充氣壓力，可通過增加運行頻率來減小制冷量重量和尺寸，實現(xiàn)脈管制冷機微型化，頻率基本提升至百赫茲左右
5、。但單一提高頻率會造成較大損失，微型脈管制冷機效率低下。為提高百赫茲微型脈管制冷性能，國內(nèi)外研究學(xué)者已開展了微型脈管制冷機相關(guān)研究工作。其中NGAS公司研制的液氮溫區(qū)微型脈管制冷機的性能和重量目前處于世界領(lǐng)先地位，但其具體設(shè)計流程和關(guān)鍵參數(shù)目前仍處于保密階段；其它機構(gòu)的研究主要針對冷指參數(shù)的熱力學(xué)設(shè)計及優(yōu)化，對百赫茲下壓縮機與冷指的耦合特性研究甚少，整機效率低和重量大。本文以研制適用于空間應(yīng)用的高效微型脈管制冷機為目標(biāo)，開展了針對百赫茲微型脈管制冷機的相關(guān)理論與實驗研究，主要研究內(nèi)容包括：1)通過介紹脈管制冷機的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)，對脈管制冷機各部件理想焓
6、流、熵流和聲功流進(jìn)行了整理和分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合高頻特性，分析了百赫茲下脈管制冷機實際損失。包括百赫茲下回?zé)崞鲹p失，指出隨著頻率增加，氣體熱滲透減小，回?zé)崞鞯牟煌耆珦Q熱損失增加，為保證充足的換熱，需采用較小水力直徑的絲網(wǎng)，但又會使壓降損失增加；為提高脈管制冷機在百赫茲下的回?zé)崞餍?，選擇絲網(wǎng)時需要綜合考慮氣體與填料之間的換熱和流動特性，需尋找水力直徑小且空隙率高的回?zé)崞魈盍稀?)通過分析高頻下回?zé)崞飨辔魂P(guān)系，指出可通過提高充氣壓力來補償頻率增加帶來的部分損失；可通過減小脈管體積來緩解頻率提升對調(diào)相能力的影響，但過小的脈管體積會帶來較大的脈管損失；指出
7、配合合適慣性管尺寸和氣庫體積，頻率提升對慣性管調(diào)相能力有顯著的提升。3)利用REGEN軟件分析了回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)和運行參數(shù)對回?zé)崞餍阅艿挠绊?，明確幾何尺寸與運行參數(shù)的相關(guān)性，進(jìn)而開展了回?zé)崞鲙缀纬叽绾完P(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化；分析了脈管內(nèi)徑、長度和長徑比對整機性能和絕熱膨脹系數(shù)的影響；利用DeltaEC軟件分析了百赫茲下慣性管調(diào)相能力，明確了頻率與調(diào)相能力正相關(guān)，但調(diào)相能力對慣性管的結(jié)構(gòu)尺寸很敏感，較小的長度變化會引起相位角大幅變化，且慣性管最佳長度(相位角最大為判斷標(biāo)準(zhǔn))對內(nèi)徑的變化不明顯。對比了400目、604目和635目不銹鋼絲網(wǎng)作為回?zé)崞魈盍显诟哳l下的制冷
8、性能差異，提出在百赫茲下，采用具有細(xì)絲徑和大孔徑的604目不銹鋼絲網(wǎng)作為回?zé)崞魈盍螴百赫茲微型
