| 题名 | 高频脉冲管制冷机相位特性的理论及实验研究 |
| 作者 | 李姗姗 |
| 答辩日期 | 2011-05-27 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 吴亦农 |
| 关键词 | 高频脉冲管制冷机 相位特性 惯性管 回热器 压缩机 |
| 学位专业 | 物理电子学 |
| 英文摘要 | 高频脉冲管制冷机具有体积小、效率高、可靠性高、寿命长、振动及电磁干扰小等优点，近年来我国空间技术发展迅速，发展高效的脉管制冷机是迫切需要的。脉冲管制冷机通过调相元件被动获得所需的质量流和压力波之间相位关系，较优的相位关系将减小回热器损失，显著提高制冷机效率，对于高频脉管制冷机相位特性的研究是提高整机效率的关键。本文主要内容如下： 1. 高频脉冲管制冷机相位特性分析。基于焓流调相理论分析了脉冲管制冷机内部能量流的分布，给出了回热器净制冷量的表达式。基于质量守恒、能量守恒定律阐述了高频脉冲管制冷机相位特性理论研究方法。构建了小孔型、惯性管型及双向进气型脉冲管制冷机整机理论相位关系图，比较了三者的差异。 2. 详述了相位特性测量方法以及实验测试系统。国内首次采用了修正压缩机活塞表面质量流的间接测量质量流方法，该方法与传统的热线风速仪相比，操作简单、不产生气流扰动、不影响整机性能、准确度较高。基于该方法搭建了惯性管、回热器以及整机相位特性测试平台，并且详细介绍了整机相位特性实验研究方法。 3. 惯性管相位特性的研究及设计图表的绘制。对于单段及双段惯性管的相位特性进行了系统的实验研究，简化湍流热声模型计算值与实验值有较好的吻合度，相位角偏差在±9°以内，体积流阻抗幅值偏差在±20%以内。基于简化湍流热声模型绘制了单段及双段惯性管设计图表，双段惯性管设计图表的绘制具有一定的创新性，并编写了惯性管设计程序，总结了惯性管设计方法。 4. 回热器相位特性研究。基于REGEN3.3软件分析了回热器冷端相位特性对于回热器冷量、效率等的影响。对于回热器相位特性进行了测量，将测量结果与REGEN3.3理论计算结果进行了比较，根据比较结果给出了整机状态下回热器冷端相位特性的估测方法。 5. 基于压缩机活塞表面相位特性的整机匹配规律研究。理论分析了活塞表面相位特性与电机效率、电输入功转化为活塞表面声功效率的关系，指出电机绕组、电机比推力及阻尼系数决定了压缩机的最优效率，活塞表面的相位特性决定了压缩机能否发挥出其最优效率。电机效率、电功转化为活塞表面声功效率测量值与理论值偏差分别在3%及7%以内，吻合较好。基于上述研究结果总结了线性压缩机与脉冲管冷指高效匹配规律。 6. 利用相位特性研究结果，成功指导了高频脉冲管制冷机样机的设计及优化工作。液氮温区大冷量同轴脉冲管制冷机在风冷条件下，压缩机电输入功101.3W时取得了6W@95K，121W时取得了5W@80K, 143W时取得了6W@80K的性能，达到国内先进水平。重新设计了与2W@60K冷指匹配的压缩机，新压缩机电机效率由64.77%提高至76.1%，压缩机电输入功由107.6W减小至91.54W，整机输入功减小16W，达到预定目标。总结了基于相位分析的高频脉冲管制冷机设计及优化方法。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5252]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李姗姗. 高频脉冲管制冷机相位特性的理论及实验研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论