赵鹏[1]（2021）在《星载斯特林型脉管制冷机性能波动研究》文中认为星载斯特林型脉管制冷机（简称脉管制冷机）作为航天红外相机载荷和低温光学系统的重要组成部分,为红外焦平面器件提供低温冷源,以提升红外相机的成像质量。“十二五”以来,我国的红外焦平面遥感技术发展迅速,促进了我国自主知识产权的星载脉管制冷机的水平提升。而红外遥感载荷从预研转向业务应用的发展,也对星载脉管制冷机产品的性能一致性提出了更高的要求,需要摆脱原有的研发型生产模式,建立长寿命、高可靠、高一致性、高效生产的货架式航天产品体系,以满足日益繁重的航天研制任务需求。星载脉管制冷机要实现型谱产品,其性能必须具备较高的一致性,因此确定影响制冷机性能的主要因素,降低制冷机性能波动,即提高制冷机性能的一致性,是本课题的任务和目标,也是一项较复杂且难度大的系统工程,需要投入大量资源和智力。本文以某型号项目所使用的12W@85K型同轴脉管制冷机为主要研究对象,同时采用一台6W@95K型直线脉管制冷机进行辅助分析,并专门设计了一台可拆卸压缩机和冷指,开展变参数的专项验证实验。首先,针对在工艺控制范围内（各影响因素的变化幅度较小）的各因素对制冷机性能的影响进行数值模拟分析及实验研究;其次,通过Logistic有序回归、基于机器学习语言的随机森林回归及XGBoost回归方法得出制冷机性能预测模型,并得出影响性能波动的各因素的特征重要度;最后,将回归模型结果与其实验研究结果进行对比分析。主要的研究工作如下:1)脉管制冷机的热力学及动力学分析（1）根据脉管制冷机的热力学基础理论,开展以下研究:首先,基于焓流调相理论建立脉管制冷机的整机相位图,分析脉管制冷机内部零部件的相位情况,并分析整机的相位最佳区域;其次,研究了制冷机主要零部件的能量损失状况,其中重点分析了回热器的损失情况,包括压降损失、表面换热损失、导热损失对制冷机效率的影响。（2）基于压缩机活塞的受力基础控制方程,开展以下研究:首先,通过向量分析方法对压缩机活塞进行力学分析;其次,引入欧拉方程,将压缩机的控制方程和电压平衡方程转化为复数形式进行求解,再根据阻抗的定义,得出电机效率和压缩机的PV功转换效率的关系式,分析影响压缩机效率的因素。（3）设计并制造了90K温区的直线型及同轴型脉管制冷机,分别比较了两者的时均焓流、内部各零部件损失、压比变化、PV功与实际输入功。研究表明,直线型脉管制冷机具有更少的能量损失及更优的制冷性能,且热力参数结果与基础理论具有较好的契合度。通过对脉管制冷机的热力学及动力学原理进行分析,为制冷机一维数值建模提供支撑,并为制冷机性能一致性提高提供了思路。2)脉管制冷机性能波动影响因素的数值模拟及实验研究首先,结合脉管制冷机的热力学和动力学分析,建立12W@85K同轴型脉管制冷机的一维数值模型;之后,对理论上会导致制冷机性能波动的各影响因素,应用数值模拟、实验分析、相关性分析等方法开展研究工作,得出各影响因素在工艺控制范围内（各影响因素的变化幅度较小）对制冷机性能的影响结果。经实验研究结果表明:在工艺控制范围内,回热器丝网填充率（12W@85K制冷量的实际输入功变化为6.11Wac）和压缩机磁感应强度（12W@85K制冷量的实际输入功变化为3.52Wac）对制冷机性能影响程度分列第一和第二位;压缩机活塞与气缸的密封间隙、压缩机电机电阻、压缩机与冷指连管不同造型、回热器丝网填充深度、回热器丝网丝径、气库容积、惯性管1长度、惯性管2长度、充气压力、回热器热端温度等十项影响因素对制冷机性能的影响相对较小。因此可得:要降低制冷机性能波动,需要重点控制回热器丝网填充率和压缩机磁感应强度的一致性。3)脉管制冷机的性能回归及影响因子的特征重要度研究在本文第4章的研究基础上,选取理论上对制冷机性能产生一定影响或波动范围（最大值-最小值/平均值）>1%的参数作为自变量,包括:压缩机活塞与气缸的密封间隙、压缩机磁感应强度、压缩机电机电阻值、回热器丝网填充率、回热器丝网丝径、回热器丝网厚度6个影响因素为自变量X,制冷机性能为因变量Y（12W@85K的实际输入功来表征制冷机性能）。通过Logistic有序回归、基于机器学习语言的随机森林回归和XGBoost回归三种方法对影响制冷机性能波动的6个影响因素进行分析,回归结果表明:Logistic有序回归结果揭示影响制冷机性能的显着变量为回热器丝网填充率;随机森林及XGBoost回归结果均揭示影响制冷机性能的第一和第二重要特征分别为回热器丝网填充率和压缩机磁感应强度,此结论和第4章的研究结果一致。其余4个变量的特征重要度相对较低且在各模型里的排序略有差异;通过随机森林回归和XGBoost回归,建立了制冷机性能与自变量的预测模型,相对误差的平均值分别为5.62%和4.59%,确定性系数平均值分别为0.805和0.906,均可以对制冷机性能实现较好的预测,其中XGBoost回归具有更高的精确度。通过随机森林和XGBoost方法对制冷机性能进行回归分析,确定影响因素的特征重要度,再对其进行改进和控制,可以降低制冷机性能波动,提高性能一致性。通过基于机器学习语言的统计分析与理论实验研究相结合,在航天制冷机领域尚属首次,随着将来星载制冷机样本数据增多,也将为回归模型的精确度进一步提升提供支撑。
查睿[2]（2020）在《液氦温区四级高频脉冲管制冷机的理论与实验研究》文中研究指明近年来,随着探测技术和超导技术的蓬勃发展,作为其重要支撑的低温制冷技术也取得了长足的进展。脉冲管制冷机在低温区无运动部件,具有可靠性高、机械振动小、寿命长、效率高、电磁噪声低等突出优点,在越来越多的应用场合备受青睐。多级脉冲管制冷机通过采用多级结构可获取更低的制冷温度且实现多个不同温区的制冷量。本课题在国内首次开展针对液氦温区四级高频脉冲管制冷机的研究,将理论分析与实验验证相结合,深入探索四级高频脉冲管制冷机的运行机理,为填补国内研究空白,实现其在空间探测、低温超导等重要领域中的独立自主应用以及相关学科的发展奠定坚实的理论与实践基础。本文的主要研究内容如下:（1）系统澄清了四级高频脉冲管制冷机内部运行机理与损失机制建立四级高频脉冲管制冷机的二维计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型,研究蓄冷器内部三种不可逆损失的所占比例和分布情况,分析第四段蓄冷器内部混合填料比例与损失的关系,优化出最优的填料比例,研究充气压力和工作频率对蓄冷器内部压降损失和非理想换热损失的影响。利用CFD模型分析了冷指内部的相位特性。研究工作频率和低温调相温度对蓄冷器内部相位分布的影响。根据第四级的制冷性能确定最优的工作频率和调相温度。（2）揭示了四级高频脉冲管制冷机的级间耦合特性和性能耦合关系建立四级高频脉冲管制冷机的数值分析模型。系统研究各级之间制冷温度的耦合关系,澄清各级制冷性能对其它级制冷性能的影响。研究输入功率、充气压力和工作频率对各级制冷性能的影响。对第四级冷指的蓄冷器和调相机构的几何尺寸进行了优化设计。（3）探索出四级高频脉冲管制冷机的复合耦合结构在上述研究的基础上提出一种四级高频脉冲管制冷机的新型结构,并完成复合耦合结构的优化设计。将四级高频脉冲管冷指的前两级和后两级设计成气耦合的结构,然后两者之间再进行热耦合。采用两台线性压缩机进行驱动,前两级和后两级的工质分别为He-4和He-3。（4）建立了四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的?分析理论体系建立每一级冷指的?流模型,探索各级之间的质量分配和?流分配的基本原理。研究各级蓄冷器和脉冲管的几何尺寸对?流分布的影响,研究运行频率和输入功率对?流分布的影响。提出采用?效率来评估气耦合结构的复合制冷效率,模拟四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的制冷性能。（5）在国内首次研制出四级高频脉冲管和制冷机样机并完成实验验证完成四级高频脉冲管制冷机的设计、加工和装配,搭建实验台。研究压缩机运行参数对各级制冷性能的影响;研究各级之间制冷性能的相互影响与耦合关系;比较后两级分别采用He-4和He-3工质的制冷性能的差异。通过对实验数据的分析,验证前述理论分析的准确性和合理性。根据实验结果,四级高频脉冲管制冷机的无负荷制冷温度分别为62.40 K、35.70 K、13.50 K和4.23 K。当采用He-3作为工质时,第三级冷指和第四级的制冷温度进一步降低到9.5 K和3.3 K。四级同时取冷的制冷量分别为:4.4 W/70 K、1.0 W/40 K、0.29 W/15 K和0.025 W/5 K。该四级高频脉冲管制冷机的制冷性能已达到同类型机型的国际先进水平（目前国际上四级脉冲管制冷机的最优性能为美国洛克希德·马丁公司获得,无负荷制冷温度3.0 K,制冷量0.29 W/15 K和0.025 W/5 K）。
黄宸[3]（2020）在《液氢温区斯特林脉管制冷机预冷方法的理论与实验研究》文中指出斯特林脉管制冷机在20 Hz以上高频运行,能流密度高,线性压缩机维护需求低,并且低温下无运动部件,具有振动和磨损小、可靠性高、寿命长、结构简单紧凑和质量轻等优点,是航空航天等领域的理想机型之一。然而,由于高频低温回热损失严重,要实现20 K及以下温区制冷必须依靠预冷方法来补偿损失。回热器和脉管作为脉管制冷机的两个关键部件,是产生损失的主要部件,也是预冷的主要对象。目前常用的多级回热器预冷方法中,线性压缩机输出的有限声功经预冷的多级回热器后损失较大,实际到达冷端的声功较小,导致20 K及以下温区斯特林脉管制冷机的制冷量难以提高。为了提高20 K温区斯特林脉管制冷机的制冷性能,本文分别从外部和内部预冷两个方面开展工作,重点研究了利用外部冷源预冷传输管代替预冷回热器的方法和利用制冷机自身冷量通过DC流的作用从内部预冷脉管的方法。本文的主要工作内容包括:1)对制冷机的预冷作用进行热力学分析,系统归纳总结了斯特林脉管制冷机的预冷方法并编制了分类图谱。本文从热力学角度分析了预冷在提高制冷机系统效率方面的重要作用;从脉管制冷机内能量流角度,揭示了预冷对减小回热器损失和脉管损失的影响。总结斯特林脉管制冷机预冷方法,包括换热方式、冷量来源、预冷对象等,编制了首张预冷结构分类图谱,为斯特林脉管制冷机预冷方法研究提供方向性指导。基于充分预冷工质的目的,提出利用来源广、冷量充足的冷源预冷传输管和回热器热端的方法;基于直接预冷工质的方法,提出利用DC流以少量冷端制冷量为代价实现从内部预冷脉管的方法。2)通过模拟揭示预冷传输管的工作机理,指明实现高效声功传输的最佳绝热结构设计,通过实验验证预冷传输管的性能。建立了整机一维模型,计算揭示预冷传输管代替高温段回热器可减小所需输入声功,但会增大预冷负荷。研究发现,预冷传输管的结构需经过设计和优化以高效传输声功和降低漏热损失。建立预冷传输管二维数值模型,从多维、微团的角度分析预冷传输管内功、热传递过程。计算结果表明,预冷传输管漏热损失主要由近壁面气体的传热产生,体积为冷端扫气体积的1517倍,长径比为810的预冷传输管内温度均匀性较好,射流损失和漏热损失较小。设计搭建液氮预冷传输管斯特林脉管制冷机实验系统,对比研究了预冷传输管和传统有高温段回热器的制冷性能。两种结构的脉管制冷机在25 K分别获得了0.66 W和0.83 W制冷量,输入p V功分别为26.8 W和142.0 W,以空分系统的效率考虑预冷的液氮消耗,两种结构的整机效率分别为0.51%和0.47%,证明了预冷传输管替代预冷高温段回热器,实现液氢温区低声功驱动制冷的可行性。通过进一步优化,预冷传输管斯特林脉管制冷机达到了17.7 K最低制冷温度,输入p V功为42.6 W时,在22 K可获得1.01 W制冷量。3)揭示DC流从内部预冷脉管的作用机理和其对20 K温区和80 K温区脉管制冷机性能的不同影响。通过整机模拟揭示制冷机内由回热器流向脉管的DC流可以降低脉管冷端温度梯度,增大脉管焓流,提高脉管膨胀效率。在20 K温区脉管制冷机内,DC流能够同时改善回热器温度分布的线性度,减小回热器损失,从而提高制冷性能;但在80 K温区的脉管制冷机内,DC流增大回热器冷端的温度梯度,回热器损失增大而制冷机性能恶化。通过比较20 K温区脉管制冷机内自然引入DC流的双向进气、限制DC流的双向进气,以及仅有DC流而无双向进气时脉管制冷机性能,揭示双向进气可以辅助调相而减小回热器损失,但也会提高脉管冷端温度梯度增大脉管损失,从而恶化制冷机性能;而DC流无论调相是否优化都可以通过预冷脉管而提高制冷机性能。实验结果验证了DC流在80 K脉管制冷机内无论方向如何都会恶化制冷机性能;而在20 K脉管制冷机内,由回热器流向脉管的DC流和双向进气结构都能使脉管中部温度降低约130 K,无负荷制冷温度降低约6 K,22 K制冷量提高约1 W,验证了DC流预冷脉管从而提高制冷机性能的作用。
杨凤,刘清江,郭凯,晋梦轩[4]（2020）在《低温领域中脉管制冷机的研究进展》文中指出由于冷端振动小、电磁干扰小等优点,脉管制冷机成为空间用低温制冷技术的研究热点。简要介绍了脉管制冷机的原理和分类,综述了不同类型脉管制冷机的研究进展,重点介绍了脉管制冷机关键部件和数值仿真研究,对现阶段脉管制冷机存在的问题进行了总结、对发展趋势进行了展望。
刘墨洲[5]（2020）在《机械制冷机高稳度多级温控技术研究》文中进行了进一步梳理随着我国对空间探测技术的探索愈加深入,红外探测技术的性能要求越来越高。以研究气候变化领域的红外基准载荷为例,目前要求红外基准载荷可以识别的温度变化为每百年不到1K,因此要求研制的红外基准载荷必须具有灵敏度高、光谱连续、光谱分辨率高的特点。红外基准载荷对制冷机冷头温度的微小变化非常敏感,所以冷头温度微小变化会影响红外基准载荷的性能要求。机械制冷机普遍采用主动闭环控温方式,即对冷头处的温度偏差值进行PID控制运算,按照PID控制器计算出的控制量输出制冷功率来反馈调节冷头温度,进而使冷头温度维持稳定。但是目前制冷机只采用主动闭环控温方式的温度稳定度不能够满足高性能红外基准载荷对冷头温度稳定度要求,因此,如何提高机械制冷机冷头处的温度稳定度成为当前需要解决的难题。针对这些问题,本文对机械制冷机实现高稳定度控温技术进行了以下几个方面的研究:首先,对斯特林型脉管制冷机工作原理进行介绍,从脉管制冷机与红外基准载荷的耦合系统提取多级控温系统数学模型,得到多级控温系统的综合传递函数。其次,根据综合传递函数提出制冷机多级控温策略:在制冷机外壳控温和制冷机主动闭环控温的基础上补充精密补偿控温装置输出小加热量调节微小的冷头温度波动。再次,根据制冷机多级控温策略设计制冷机多级控温系统,比较位置式和增量式PID控制算法的特点以及PID参数整定方法。机械制冷机多级控温系统使用增量式PID控制算法调节冷头温度,并采用基于稳定裕度的PID参数整定方法确定多级控温参数。然后,将制冷机的耦合系统、综合多级温度控制算法和控制电路进行集成建模仿真,得到综合多级控温系统的控温参数初始值,在此基础上对控温参数进行稳定裕度分析并重新整定控温参数,并通过仿真模型分析热负载变化对制冷机多级控温系统稳定性能的影响。最后,通过实验对制冷机多级控温策略以及多级控温系统进行验证,修正制冷机多级控温系统控温参数,最终机械制冷机多级控温系统的温度稳定度达到了±10mK/30min。
陈爽[6]（2019）在《基于CFD仿真的脉管制冷机热端换热器内交变流动换热分析与实验验证》文中研究指明近年来空间科学领域蓬勃发展,对空间探测器的性能要求日益提高,而空间探测器的低温环境对其性能优劣有重要的影响,这就对广泛应用于空间制冷场景的脉管制冷机的性能和效率有了更高要求。换热器作为脉冲管制冷机的关键部件之一,其性能的好坏直接影响制冷机的制冷性能,因而研究换热器内流体的流动和换热,对设计和优化脉管制冷机有重要作用。本研究将计算流体力学的数值模拟与热线风速仪的实验测量相结合,通过建立换热器内部流体的三维模型获得其内部流场的详细信息,用以研究换热器结构对换热器性能的影响规律。本文对脉管制冷机脉冲管热端换热器内部流体开展如下几个方面的研究:首先,阐述数值模拟的理论基础及其优势,通过分析探究仿真对于研究两种换热器内部流动情况的差异的可行性及换热器性能评价标准,给出了CFD数值模拟的理论基础及实现途径。其次,搭建了应用Streamline Pro热线风速仪测量换热器内部速度分布的实验系统,在一台6W@90K的可拆卸脉管制冷机上开展了脉冲管热端换热器内部流动的实验研究。然后,针对两种不同结构的换热器,在相同工况下两个相同空间坐标点的速度时序曲线进行数值模拟与实验测量,对比了两种换热器的速度分布情况,对比分析了两种换热器的两个特定点位置的速度时序曲线在数值模拟与实验测量中的差异,并对此差异产生的可能原因进行了分析;仿真模拟结果和实验结果均验证了狭缝式换热器相比较于孔板式换热器拥有更好的换热能力和使流体的速度分布更为均匀的优势,同时用实验证实了仿真模拟结果的准确性及仿真方法的正确性,为换热器的设计和优化提供仿真分析及实验验证方法,具有重要的参考价值。最后,对未来工作进行展望,随着仿真模型的精确性提升,数值仿真模拟结果将更接近实际情况,同时随着对热线风速仪应用工况范围的扩大和相关理论的发展,相应的温度标定的修正方法将得到进一步的发展和完善,实验结果也将更加符合实际,实验研究将会更加准确。
陈爽,杨森,黄琦,蒋珍华,吴亦农[7]（2019）在《脉管制冷机脉管热端层流化丝网的实验研究》文中研究表明为了改善脉管内部的流动,防止气体在进出脉管的突变截面上发生射流,一般会在脉管的两端添加层流化丝网。而层流化丝网既是均流化元件,同时也是阻力元件。导流丝网的这两种作用如何达到最优化的平衡非常关键,而目前对层流化元件主要通过经验选取,暂无定量的指导。在此对脉管层流化丝网片数对制冷温度的影响展开实验研究和定量分析。实验结果对于在不同制冷量范围,选取最合适的层流化丝网片数以提高制冷机的性能有着重要的研究价值和指导意义。
王乃亮,赵密广,陈厚磊,梁惊涛[8]（2018）在《层流化元件对脉冲管制冷机性能影响的实验研究》文中提出分析了射流对制冷机性能的影响机理,并设计了一种锥形挡片,将其作为同轴型脉冲管热端的层流元件。并通过实验研究了该层流元件与传统丝网式层流元件等对制冷机性能的影响规律。结果表明,合适的层流元件能够有效抑制射流,提高制冷机的效率。其中采用铜挡片与铜丝网组合的方式,层流化效果最好,制冷机性能最佳。该脉冲管制冷机在250 W输入电功下,最高可以获得11.2 W@80 K的制冷量。
赵艺博[9]（2017）在《100Hz以上微型脉冲管制冷机的理论与实验研究》文中提出近年来微型化制冷技术迅速发展,其中微型脉冲管制冷机有望取代微型斯特林制冷机和JT制冷机,为航空、航天及地面战术等特殊应用场合的红外光电系统提供快速有效及长寿命的冷却。为了弥补国内在该领域内的研究不足,并为独立自主地完成相关空间和国防任务提供坚实可靠的基础,本文以理论模拟与实验测试为基础,对100 Hz以上微型脉冲管制冷机开展了系统的研究。主要研究内容及结论如下:（1）对微型动圈式线性压缩机进行了系统的理论研究,在此基础上研发出谐振频率高达130 Hz的微型线性压缩机,质量从8 kg降至1 kg。在整体缩放原理的基础上,提出了压缩机部分关键部件的微缩修正。基于本研究组研发的300 W中型压缩机,运用修正缩放原理研制了一台微型动圈式线性压缩机,共振频率从55 Hz提高至130 Hz,最大输入电功可达63 W,质量从8 kg降至1 kg。之后将微型压缩机与中型脉冲管冷指耦合,在130 Hz的运行频率及60W的输入电功下测试制冷性能与压缩机特性。验证了中型冷指的阻抗难以与微型压缩机相匹配,因此必须重新设计微型脉冲管冷指。（2）建立了微型直线电机磁场结构的理论模型,并对其磁场分布进行了实验验证。建立了微型压缩机直线电机磁场结构的三维理论模型,研究了气隙宽度等关键尺寸参数对气隙内磁通密度分布的影响,并进行了实验验证。实际磁通密度的分布趋势与模拟结果基本一致,并对理论与实验误差进行了分析。本研究从另一角度验证了修正缩放原理的合理性。（3）建立了100 Hz以上微型脉冲管制冷机的二维CFD理论模型。建立了100 Hz以上微型同轴式脉冲管制冷机的二维轴对称CFD模型,分别采用热平衡及非热平衡模型预测了整机的制冷性能,模拟了两种模型下的压降损失、不完全换热损失、气体及固体导热损失沿蓄冷器的轴向分布等变化规律,对各项熵产的变化原因均进行了详细的分析。（4）系统研究了90170 Hz的高频下运行频率对微型脉冲管制冷机的影响。基于脉冲管内部温度场和流场的分析结果,讨论了90170 Hz高频下运行频率与脉冲管长度对脉冲管内传热传质过程的影响。当冷指尺寸一定时整机存在最优频率;当频率过低时会导致冷热流体的强烈混合,严重恶化制冷性能;而当频率过高时脉冲管中部会出现较大的径向温度梯度,在一定程度上降低了制冷性能,此时换用更短的脉冲管可以大幅改善传热传质过程。（5）系统研究了混合丝网填充下蓄冷器的内部损失机制。为了验证上述理论模型的合理性,基于本研究组的单级同轴式脉冲管制冷机建立二维CFD模型,讨论了混合丝网填充下蓄冷器的内部损失机制,并进行了实验验证。随着丝网目数的增加,热端附近的压降损失显着提高,而冷端附近的不完全换热损失迅速下降。因此在蓄冷器的冷热两端附近分别换用目数更高和更低的不锈钢丝网,能够大幅降低蓄冷器内的总熵产,从而改善制冷性能。实验与模拟结果在变化趋势上具有较好的一致性。本研究为100 Hz以上微型脉冲管制冷机中蓄冷器的填料填充方案提供了理论指导。（6）研制出质量仅为1.3 kg的100 Hz以上微型脉冲管制冷机整机的实验样机,并对其性能进行了实验验证。基于上述理论研究,研制出一台100 Hz以上微型脉冲管制冷机的实验样机,整机质量降至1.3 kg。该样机在60 W的输入电功下最优运行频率为114 Hz,此时可以获得0.78 W/80 K的制冷量。冷端从初始温度300 K降至无负荷温度74.2 K需要7.5 min。微型压缩机的实际电机效率为71.0%。最后详细分析了实验与模拟结果之间出现误差的原因。
刘少帅[10]（2017）在《空间用惯性管型脉冲管制冷机调相机理及实验研究》文中指出脉冲管制冷机具有寿命长、可靠性高、振动小以及效率高等优点,已成为最具发展潜力和最具代表性的新一代空间制冷机。新一代脉冲管制冷机以惯性管和气库作为调相机构,惯性管和气库利用交变流动状态的阻性、惯性及容性,调节振荡流体的压力波和体积流的相位关系,进而满足脉冲管热端相位需求,提高整机效率。基于热声理论和调相理论,本文对斯特林型脉冲管制冷机惯性管调相机理进行深入研究,并结合脉冲管制冷机整机进行系统优化,具体开展了以下研究工作:1)基于热声理论建立一维数值模型,研究了单双段惯性管的调相能力对整机能流和相位分布进行理论分析,显示惯性管及气库的相位调节作用对制冷机性能有重要影响。建立了脉冲管制冷机的热声理论一维数值模型,获得了惯性管尺寸及运行参数对调相能力的影响规律,通过实验验证了该模型的准确性。针对目前使用较多的单段惯性管和双段惯性管进行了对比研究,结果表明在同样条件下,采用双段惯性管可以进一步增大调相角度。2)首次研究了惯性管盘绕方式和高温惯性管对脉冲管制冷机的影响针对一维设计软件仅能将惯性管作直管化处理的局限性,构建了脉冲管制冷机整机一维DeltaEC和盘绕惯性管三维CFD耦合模型,综合考虑惯性管盘绕状态带来的额外阻力损失。同样尺寸的惯性管,随着盘绕圈数的增加,制冷性能会逐渐下降。相对于直管化状态,惯性管盘绕11圈时其调相角度由59.9°减小至56.5°,在4 W@60 K性能时所需PV功从114.7 W增至123.5 W。综合考虑惯性管盘绕阻力,对最优惯性管长度进行重新优化设计,使输入电功减小4.6%,这对于空间低温制冷机的应用具有重要意义。开展了惯性管高温运行特性的研究,理论分析表明当制冷温度较高且制冷量较大时,采用高温惯性管作为调相机构可以较好的满足调相需求,同时降低惯性管的散热需求。当惯性管工作温度从293 K增加到393 K时,惯性管整体调相能力稍有降低,入口声功有所增加,一定制冷性能时所需PV功从85.2 W增加到107.9W（30 W@193 K）,从90.3 W增加到109.1 W（40 W@233 K）,优化惯性管长度后使得所需PV功分别减少11.2%和9.4%。通过实验对计算结果进行验证。3)研究了气库体积作用,提出了双冷指脉冲管制冷机共用气库的结构气库的存在有利于脉冲管制冷机性能的提高,但较大的气库体积不利于空间应用等场合。对于单级脉冲管制冷机,在惯性管的运行参数和结构尺寸一定时,增大气库体积可以提高惯性管入口的调相角度。当气库体积过大时,虽然调相角度增大,但是惯性管的入口声功减小引起制冷性能下降。通过同时优化惯性管尺寸和气库体积,在输入电功216 W时可以在70 K温区获得10 W制冷量,比卡诺效率达到14.75%。采用单压缩机驱动双冷指脉冲管制冷机可以减少结构尺寸,并同时在两个温区获得制冷效果。双冷指共用一个气库可以在一定程度上进一步减少制冷机布置空间。针对两台脉冲管冷指,优化设计惯性管后,选取四种共用气库体积（180 cm3、140 cm3、100 cm3和60 cm3）研究了制冷性能的变化情况。结果表明当两台脉冲管冷指的制冷温度和制冷量变化时,选取不同的气库体积可以提高制冷效率。4)针对不同的惯性管型脉冲管制冷机的调相部件进行优化设计基于惯性管和气库的研究开展整机调相部件优化,针对一台较高温区较大冷量（50 W@170 K）的脉冲管制冷机,优化其双段惯性管的长度和气库体积,使得总PV功从204.8 W减小至196.1 W,在减少了调相结构整体尺寸的同时提高制冷机效率;针对一台高频（120 Hz）脉冲管制冷机,优化惯性管参数为φ1.5 mm×0.29m+φ2 mm×1.1 m,气库体积为50 cm3,在1 W@80 K时输入电功为40 W。对高频状态盘绕惯性管和惯性管材料进行研究,表明同样制冷量时,惯性管的不同盘绕状态以及不同材料对应的输入电功差异不大。指出频率升高后沿程阻力效应随之减弱,频率效应随之增强;对一台两级脉冲管制冷机调相机构进行优化设计,第二级输入功率为70 W时可以获得22.04 K的无负荷最低制冷温度;第一级和第二级输入PV功分别为140.2 W和99.16 W时,可以获得10 W@80 K和1 W@30 K的制冷性能。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 脉管制冷机各影响因素对制冷机性能研究现状 |
| 1.2.1 小型低温制冷机的分类及简介 |
| 1.2.2 压缩机参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.2.3 冷指参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.2.4 连管、惯性管、气库参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.2.5 制冷机运行参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.3 性能波动控制研究现状及方法 |
| 1.3.1 产品性能波动(一致性)研究现状 |
| 1.3.2 脉管制冷机性能波动研究的理论和数值计算软件简介 |
| 1.3.3 性能波动的数据分析方法 |
| 1.4 历史研究的借鉴意义 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 脉管制冷机的热力学及动力学分析 |
| 2.1 脉管制冷机的热力学分析 |
| 2.1.1 脉管制冷机的热力学理论基础 |
| 2.1.2 脉管制冷机的时均焓流分析 |
| 2.1.3 脉管制冷机的相位分析 |
| 2.2 脉管制冷机的实际损失分析 |
| 2.2.1 连管损失 |
| 2.2.2 换热器损失 |
| 2.2.3 脉冲管损失 |
| 2.2.4 回热器损失 |
| 2.2.5 其他损失 |
| 2.3 压缩机活塞动力学分析 |
| 2.4 压缩机电机效率的分析 |
| 2.5 同轴型及直线型脉管制冷机对比分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 脉管制冷机实验装置 |
| 3.1 脉管制冷机实验装置 |
| 3.1.1 实验制冷机 |
| 3.1.2 制冷工质 |
| 3.1.3 驱动控制电源 |
| 3.1.4 直流加热电源 |
| 3.1.5 温控系统 |
| 3.1.6 真空系统 |
| 3.2 数据测量系统 |
| 3.2.1 驱动电参数测量 |
| 3.2.2 活塞位移量测量 |
| 3.2.3 制冷温度、散热面温度及制冷量测量 |
| 3.2.4 压力测量 |
| 3.2.5 Q-test波形数测量 |
| 3.2.6 数据显示系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 各参数对脉管制冷机性能影响的数值模拟及实验研究 |
| 4.1 制冷机运行参数及数值模拟建模 |
| 4.1.1 一维热力学模型建模 |
| 4.1.2 电磁建模 |
| 4.2 压缩机及连管参数对性能波动的影响研究 |
| 4.2.1 压缩机活塞与气缸的密封间隙对性能波动的影响 |
| 4.2.2 压缩机磁感应强度对性能波动的影响 |
| 4.2.3 压缩机电机阻值对性能波动的影响 |
| 4.2.4 压缩机连管造型对性能波动的影响 |
| 4.3 冷指参数对性能波动的影响 |
| 4.3.1 回热器丝网填充深度对性能波动的影响 |
| 4.3.2 回热器丝网丝径对性能波动的影响 |
| 4.3.3 回热器丝网填充率对性能波动的影响 |
| 4.4 气库及惯性管参数对性能波动的影响 |
| 4.4.1 气库容积对性能波动的影响 |
| 4.4.2 惯性管长度对性能波动的影响 |
| 4.5 制冷机运行参数对性能波动的影响 |
| 4.5.1 充气压力对性能波动的影响 |
| 4.5.2 回热器热端温度对性能波动的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于机器学习语言的制冷机性能回归分析 |
| 5.1 回归自变量参数的选取 |
| 5.2 基于Logistic的制冷机性能回归分析 |
| 5.3 基于随机森林的制冷机性能回归分析 |
| 5.3.1 决策树及分类 |
| 5.3.2 随机森林算法构建 |
| 5.3.3 随机森林回归结果分析 |
| 5.4 基于XGBoost的制冷机性能回归分析 |
| 5.4.1 XGBoost理论基础 |
| 5.4.2 XGBoost算法构建 |
| 5.4.3 XGBoost回归结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| abstract |
| 符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 低温制冷机 |
| 1.1.1 间壁式制冷机 |
| 1.1.2 回热式制冷机 |
| 1.2 脉冲管制冷机 |
| 1.3 液氦温区制冷技术 |
| 1.3.1 透平-布雷顿制冷机 |
| 1.3.2 多级斯特林加JT节流复合制冷机 |
| 1.4 多级脉冲管制冷技术 |
| 1.4.1 两级高频脉冲管制冷机 |
| 1.4.2 三级高频脉冲管制冷机 |
| 1.4.3 四级高频脉冲管制冷机 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 四级高频脉冲管制冷机的数值模拟与理论分析 |
| 2.1 模型建立 |
| 2.2 模拟结果 |
| 2.3 蓄冷器损失分析 |
| 2.4 相位特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 四级高频脉冲管制冷机的级间耦合特性分析 |
| 3.1 模型建立 |
| 3.2 各级之间制冷温度的耦合关系 |
| 3.3 运行参数对各级制冷性能的影响 |
| 3.4 四级高频脉冲管冷指的优化设计 |
| 3.4.1 蓄冷器的优化设计 |
| 3.4.2 调相机构的优化设计 |
| 3.5 压缩机与冷指的匹配机理 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的?分析模型 |
| 4.1 四级高频脉冲管制冷机复合耦合结构的设计 |
| 4.2 ?分析模型的建立 |
| 4.2.1 动态压力与体积流率 |
| 4.2.2 动态温度 |
| 4.2.3 ?分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的运行机理与性能模拟 |
| 5.1 四级高频脉冲管冷指中的?流分析 |
| 5.2 第一级和第二级的?分配 |
| 5.3 第三级和第四级的?分配 |
| 5.4 制冷性能 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 四级高频脉冲管制冷机的实验验证 |
| 6.1 实验设计 |
| 6.1.1 四级高频脉冲管冷指的结构尺寸设计 |
| 6.1.2 线性压缩机 |
| 6.1.3 实验仪器与设备 |
| 6.2 前两级制冷性能 |
| 6.3 第三、四级采用He-4 工质时的制冷性能 |
| 6.3.1 工作频率与充气压力 |
| 6.3.2 输入功率 |
| 6.3.3 制冷性能的耦合关系 |
| 6.4 第三、四级采用He-3 工质的性能 |
| 6.4.1 工作频率与充气压力 |
| 6.4.2 制冷性能 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 主要特色及创新点 |
| 7.3 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 1.绪论 |
| 1.1 课题背景和意义 |
| 1.2 脉管制冷机发展历程 |
| 1.3 脉管制冷机预冷结构发展 |
| 1.3.1 液氮预冷的斯特林脉管制冷机 |
| 1.3.2 复合型脉管制冷机 |
| 1.3.3 多级斯特林脉管制冷机 |
| 1.4 20K温区斯特林脉管制冷机的主要科学和技术问题 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 2.斯特林脉管制冷机预冷方法比较研究 |
| 2.1 制冷机热力学分析 |
| 2.1.1 闭式系统热力学分析 |
| 2.1.2 开式系统热力学分析 |
| 2.1.3 带预冷的制冷机热力学分析 |
| 2.2 脉管制冷机的交变流热力学分析 |
| 2.2.1 交变流动的热力学分析 |
| 2.2.2 脉管制冷机损失 |
| 2.2.3 预冷传输管的交变能量流分析 |
| 2.2.4 脉管的预冷方法 |
| 2.3 斯特林脉管制冷机预冷方式分类比较 |
| 2.4 本章小结 |
| 3.预冷传输管脉管制冷机理论分析 |
| 3.1 预冷传输管的脉管制冷机整机模拟研究 |
| 3.1.1 整机模型 |
| 3.1.2 制冷机性能比较 |
| 3.1.3 能量流分布 |
| 3.1.4 预冷传输管结构一维模拟分析 |
| 3.2 预冷传输管CFD分析 |
| 3.2.1 预冷传输管CFD模型 |
| 3.2.2 CFD计算结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.带液氮预冷传输管的斯特林脉管制冷机实验研究 |
| 4.1 液氮预冷斯特林脉管制冷机实验装置 |
| 4.1.1 脉管制冷机系统 |
| 4.1.2 液氮预冷系统 |
| 4.1.3 真空绝热系统 |
| 4.1.4 测量系统和误差分析 |
| 4.2 预冷传输管和高温段回热器对比实验 |
| 4.2.1 实验工况 |
| 4.2.2 对比实验结果分析 |
| 4.3 预冷传输管运行参数优化实验 |
| 4.3.1 脉管长度优化 |
| 4.3.2 运行参数优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 5.基于DC流的预冷脉管制冷机理研究 |
| 5.1 两级斯特林脉管制冷机DC流研究 |
| 5.1.1 脉管制冷机DC流模型 |
| 5.1.2 模拟结果分析 |
| 5.2 双向进气和DC流效果对比 |
| 5.2.1 两级斯特林脉管制冷机的双向进气和DC流对比 |
| 5.2.2 预冷传输管的脉管制冷机的双向进气与DC流效果对比 |
| 5.3 DC流的实验验证 |
| 5.3.1 两级脉管制冷机DC流实验装置 |
| 5.3.2 DC流实验结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 6.全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 1 引言 |
| 2 脉管制冷机工作原理 |
| 3 脉管制冷机分类 |
| 4 脉管制冷机研究进展 |
| 4.1 斯特林型脉管制冷机 |
| 4.2 G-M型脉管制冷机 |
| 4.3 热声驱动型脉管制冷机 |
| 4.4 U型脉管制冷机 |
| 4.5 同轴型脉管制冷机 |
| 4.6 直线型脉管制冷机 |
| 5 计算模型与仿真研究 |
| 6 关键部件的研究 |
| 6.1 回热器 |
| 6.2 换热器 |
| 6.3 DC流 |
| 6.4 层流化元件 |
| 7 结论 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的背景与意义 |
| 1.2 课题的国内外研究现状 |
| 1.2.1 机械制冷机高稳定度控温系统国内外研究现状 |
| 1.2.2 研究现状分析总结 |
| 1.3 主要研究内容、创新点及章节安排 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 本文创新点 |
| 1.3.3 本文章节安排 |
| 第二章 制冷机多级温度控制系统组成及数学模型 |
| 2.1 机械制冷机工作原理 |
| 2.1.1 斯特林制冷机制冷原理 |
| 2.1.2 斯特林型脉管制冷机的发展 |
| 2.2 制冷机多级控温系统数学模型 |
| 2.3 制冷机温度控制系统多级控温策略 |
| 2.3.1 第一级控温策略(制冷机外壳控温) |
| 2.3.2 第二级控温策略(制冷机主动闭环控温) |
| 2.3.3 第三级控温策略(精密补偿加热控温) |
| 2.4 制冷机多级控温系统设计 |
| 2.4.1 高稳定度温度传感器与运放电路设计 |
| 2.4.2 MCU模块设计 |
| 2.4.3 H桥驱动器与功率开关器设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 制冷机多级温度控制算法 |
| 3.1 PID控制原理 |
| 3.2 数字式多级PID温度控制 |
| 3.2.1 位置式PID控制算法 |
| 3.2.2 增量式PID控制算法 |
| 3.3 多级PID参数整定分析 |
| 3.3.1 PID控制参数整定法 |
| 3.3.2 基于稳定裕度的PID参数整定方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 制冷机的多级控温系统仿真 |
| 4.1 多级控温系统仿真分析 |
| 4.1.1 第一级和第二级联合控温时仿真分析 |
| 4.1.2 三级联合控温时仿真分析 |
| 4.2 多级温度控制算法稳定裕度分析 |
| 4.3 热负载变化对多级控温系统稳定性能影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 实验与结果分析 |
| 5.1 机械制冷机多级控温系统实验平台 |
| 5.2 机械制冷机冷头温度特性研究 |
| 5.2.1 制冷量变化对冷头温度影响 |
| 5.2.2 精密补偿加热控温参数对冷头温度影响 |
| 5.2.3 主动闭环控温参数对冷头温度影响 |
| 5.2.4 热负载变化对冷头温度影响 |
| 5.3 多级控温系统温度稳定性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结与主要结论 |
| 6.2 研究方向展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 脉管制冷机换热器简介 |
| 1.3 课题的国内外研究现状 |
| 1.3.1 国内外研究进展——实验研究 |
| 1.3.2 国内外研究进展——数值模拟 |
| 1.3.3 换热器层流化影响探究背景 |
| 1.3.4 存在的问题 |
| 1.4 主要研究内容、创新点及章节安排 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 本文创新点 |
| 1.4.3 论文组织结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 换热器的数值模拟的理论基础及仿真方法 |
| 2.1 数值模拟的理论基础 |
| 2.1.1 理论分析 |
| 2.1.2 流动分析 |
| 2.2 仿真方法 |
| 2.2.1 数值模拟过程 |
| 2.2.2 仿真模型建立 |
| 2.2.3 边界条件以及算法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 脉管热端换热器的数值仿真模拟结果及分析 |
| 3.1 脉管热端换热器的数值模拟 |
| 3.2 两种换热器的仿真模拟结果的对比分析 |
| 3.2.1 温度分布 |
| 3.2.2 进出口的压力差 |
| 3.2.3 速度分布均匀性 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 换热器内部流体特性的实验研究 |
| 4.1 换热器交变流动的实验系统 |
| 4.1.1 实验系统结构 |
| 4.1.2 可拆卸实验台 |
| 4.1.3 热线风速仪测量系统 |
| 4.2 热端换热器内部流体的流动特性实验 |
| 4.2.1 实验步骤 |
| 4.2.2 实验结果及分析 |
| 4.3 脉管热端换热器的层流化影响实验 |
| 4.3.1 导流丝网与丝网垫片 |
| 4.3.2 实验结果及分析 |
| 4.4 数值仿真模拟结果与实验结果的对比验证及分析 |
| 4.4.1 数值仿真模拟结果与实验结果的对比分析 |
| 4.4.2 实验产生误差的环节分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 研究方向展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 1 引言 |
| 2 实验系统介绍 |
| 2.1 实验系统结构 |
| 2.2 导流丝网与丝网垫片 |
| 3 实验结果及分析 |
| 3.1 脉管较低制冷量下 (0 W, 1 W, 2 W) 层流化丝网实验 |
| 3.2 脉管较高制冷量下 (5 W, 8 W, 15 W) 层流化丝网实验 |
| 4 结论 |
| 1 引言 |
| 2 理论分析 |
| 3 实验系统 |
| 4 实验研究 |
| 4.1 铜丝网层流化研究 |
| 4.2 圆锥铜挡片层流化研究 |
| 4.3 铜丝网与圆锥铜挡片组合层流化研究 |
| 4.4 输入功率对层流化元件的影响 |
| 5 结论 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 脉冲管制冷机简介 |
| 1.2.1 脉冲管制冷机的发展历史 |
| 1.2.2 脉冲管制冷机的基本结构 |
| 1.3 100 HZ以上微型脉冲管制冷机国内外研究现状综述与分析 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 微型动圈式线性压缩机的理论研究 |
| 2.1 本章引论 |
| 2.2 微型动圈式线性压缩机缩放的理论分析与设计 |
| 2.2.1 直接缩放设计 |
| 2.2.2 修正缩放设计 |
| 2.2.3 设计结果 |
| 2.2.4 加工制造中可能出现的问题 |
| 2.3 微型直线电机的无负载特性 |
| 2.4 内部直线电机磁场的模拟分析与优化 |
| 2.4.1 模型建立 |
| 2.4.2 控制方程 |
| 2.4.3 气隙宽度影响 |
| 2.4.4 气隙厚度影响 |
| 2.4.5 磁钢宽度影响 |
| 2.4.6 电机整体径向尺寸影响 |
| 2.4.7 电机磁场模拟小结 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 微型动圈式线性压缩机的实验研究 |
| 3.1 本章引论 |
| 3.2 内部电机磁场的实验验证 |
| 3.2.1 实验条件 |
| 3.2.2 实验结果 |
| 3.3 微型动圈式线性压缩机的研制 |
| 3.4 微型动圈式线性压缩机的实验特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 100 HZ以上微型脉冲管制冷机的理论模型分析 |
| 4.1 本章引论 |
| 4.2 一维理论模型的建立与分析 |
| 4.2.1 100 Hz以上微型脉冲管冷指的理论设计分析 |
| 4.2.2 模型介绍 |
| 4.2.3 尺寸参数优化 |
| 4.2.4 运行参数优化 |
| 4.2.5 设计结果 |
| 4.3 二维CFD理论模型的建立与分析 |
| 4.3.1 脉冲管制冷机的CFD模拟方法简介 |
| 4.3.2 模型建立 |
| 4.3.3 控制方程 |
| 4.3.4 参数设置 |
| 4.3.5 求解方法 |
| 4.3.6 热平衡模型 |
| 4.3.7 非热平衡模型 |
| 4.4 运行频率对传热传质过程的影响 |
| 4.4.1 工况设置 |
| 4.4.2 制冷性能及脉冲管性能参数 |
| 4.4.3 温度场研究 |
| 4.4.4 流场研究 |
| 4.4.5 超高频下脉冲管长度的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 蓄冷器内部损失机制的理论与实验研究 |
| 5.1 本章引论 |
| 5.2 100 HZ以上微型脉冲管制冷机蓄冷器的理论研究 |
| 5.2.1 热平衡模型 |
| 5.2.2 非热平衡模型 |
| 5.3 蓄冷器混合丝网填充的理论研究 |
| 5.3.1 模型建立 |
| 5.3.2 蓄冷器性能的评价标准 |
| 5.3.3 单一丝网填充 |
| 5.3.4 混合丝网填充 |
| 5.4 蓄冷器混合丝网填充的实验验证 |
| 5.4.1 实验条件 |
| 5.4.2 实验结果与模拟结果的对比 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 100 HZ以上微型脉冲管制冷机的实验研究 |
| 6.1 本章引论 |
| 6.2 微型脉冲管冷指的研制 |
| 6.2.1 整体结构设计 |
| 6.2.2 关键零部件的加工 |
| 6.3 微型脉冲管制冷机的实验测试系统 |
| 6.4 微型脉冲管制冷机的性能测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 主要特色及创新点 |
| 7.3 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录A FLUENT中压力入口的UDF程序代码 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 脉管制冷机发展简介 |
| 1.2.1 脉冲管制冷机的结构演化 |
| 1.2.2 脉冲管制冷机理论分析方法 |
| 1.2.3 脉冲管制冷机数值计算软件 |
| 1.3 惯性管型脉冲管制冷机的研究进展 |
| 1.3.1 惯性管调相理论及应用研究进展 |
| 1.3.2 气库的作用及无气库研究 |
| 1.4 热声技术及热声理论简介 |
| 1.4.1 热声效应 |
| 1.4.2 热声交变流场理论研究 |
| 1.4.3 热声系统的热力循环 |
| 1.5 存在问题 |
| 1.6 本文主要工作 |
| 第二章 脉冲管制冷机相位特性及工作机理分析 |
| 2.1 惯性管型脉冲管制冷机相位特性分析 |
| 2.1.1 时均能量流分析 |
| 2.1.2 整机相位分布 |
| 2.1.3 惯性管调相原理 |
| 2.2 基于热声理论的脉冲管制冷机理分析 |
| 2.2.1 线性热声理论基础 |
| 2.2.2 热声时均能流 |
| 2.2.3 热声理论中的湍流效应 |
| 2.2.4 基于DeltaEC的整机数值模型 |
| 2.2.5 惯性管及气库调相能力的研究 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 惯性管型脉冲管制冷机实验装置 |
| 3.1 脉冲管制冷机惯性管盘绕布置实验装置 |
| 3.1.1 压缩机及驱动系统 |
| 3.1.2 回热器和脉冲管 |
| 3.1.3 换热器 |
| 3.1.4 调相结构 |
| 3.1.5 制冷工质 |
| 3.1.6 盘绕惯性管 |
| 3.2 脉冲管制冷机惯性管高温运行实验装置 |
| 3.2.1 压缩机及驱动系统 |
| 3.2.2 散热及真空系统 |
| 3.2.3 惯性管温度控制系统 |
| 3.3 测量系统 |
| 3.3.1 压缩机电参数测量系统 |
| 3.3.2 活塞位移测量 |
| 3.3.3 制冷温度及制冷量测量 |
| 3.3.4 压力测量 |
| 3.3.5 惯性管内壁粗糙度测量 |
| 3.3.6 数据采集系统 |
| 3.4 测量系统误差分析 |
| 3.4.1 温度测量误差 |
| 3.4.2 制冷量测量误差 |
| 3.4.3 压缩机输入电功测量误差 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 惯性管工作特性对脉冲管制冷机的影响 |
| 4.1 惯性管盘绕方式对整机性能的影响 |
| 4.1.1 分析流程及计算模型 |
| 4.1.2 盘绕惯性管影响的数值计算 |
| 4.1.3 盘绕惯性管尺寸的优化设计 |
| 4.1.4 实验验证 |
| 4.2 惯性管高温运行对整机性能的影响 |
| 4.2.1 惯性管温度特性 |
| 4.2.2 高温惯性管整机数值模型 |
| 4.2.3 不同惯性管工作温度下制冷性能分析 |
| 4.2.4 高温惯性管的优化设计 |
| 4.2.5 实验验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 气库体积对脉冲管制冷机的影响 |
| 5.1 气库体积在单台脉冲管制冷机中的影响 |
| 5.1.1 气库体积对调相能力影响 |
| 5.1.2 惯性管不变情况下气库体积对整机性能影响 |
| 5.1.3 调节惯性管提高大气库下制冷机性能 |
| 5.2“一拖二”脉冲管制冷机共用气库的研究 |
| 5.2.1 背景 |
| 5.2.2 结构布置 |
| 5.2.3 实验装置 |
| 5.2.4“一拖二”单独气库性能研究 |
| 5.2.5 共用气库时气库体积的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 惯性管型脉冲管制冷机调相部件优化及应用 |
| 6.1 惯性管材料对制冷性能的影响 |
| 6.1.1 调相能力分析 |
| 6.1.2 降温曲线 |
| 6.1.3 制冷性能对比 |
| 6.2 50W@170K脉冲管制冷机 |
| 6.2.1 优化设计 |
| 6.2.2 实验验证 |
| 6.3 120Hz高频脉冲管制冷机 |
| 6.3.1 高频对惯性管调相的影响 |
| 6.3.2 采用双段惯性管制冷性能分析 |
| 6.3.3 120Hz盘绕惯性管对制冷机性能影响 |
| 6.3.4 不锈钢和铜惯性管性能对比 |
| 6.4 30K温区两级脉冲管制冷机 |
| 6.4.1 计算结果对比 |
| 6.4.2 调相机构优化设计 |
| 6.4.3 实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 |
| 致谢 |
