發(fā)布時間：2021-01-30 04:35

　　斯特林/脈管復(fù)合型制冷機（ST/PTC,Stirling/Pulse Tube hybrid Crycooler）結(jié)合了斯特林制冷機在高制冷溫區(qū)高效、高可靠性和脈管制冷機在低制冷溫區(qū)較為高效、高可靠性的優(yōu)勢,成為一種滿足當(dāng)前長周期深空探測任務(wù)的潛在理想機型。但是,當(dāng)前該種制冷機的研究細節(jié)較為匱乏,缺乏明確的制冷機理分析模型和可靠設(shè)計方法,本文基于氣動型ST/PTC,從制冷機理和級間耦合特性兩方面進行了研究。具體開展工作如下:1)發(fā)展了基于熱力學(xué)時均分析和調(diào)相理論的ST/PTC能量流和相位分析方法基于熱力學(xué)時均分析方法獲得了理想情況下ST/PTC的能量流分布,結(jié)果表明:與脈管制冷機不同,ST/PTC由于回收了排出器的膨脹功,其最大聲功等于壓縮機的壓縮功和斯特林級的制冷量之和。根據(jù)能量流分析結(jié)果對復(fù)合型制冷機中斯特林級的制冷性能系數(shù)進行了驗證。采用調(diào)相理論分析了 ST/PTC中壓力波和質(zhì)量流之間的相位分布,結(jié)果表明:由于排出器和膨脹腔的相互作用,ST/PTC中壓力波和質(zhì)量流之間的相位可以從斯特林級排出器冷端的負相位（質(zhì)量流落后壓力波）扭轉(zhuǎn)為脈管級回?zé)崞魅肟谔幍恼辔?從而使兩級回?zé)崞骶晒?.. 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

空間探測器所需低溫環(huán)境很度及冷卻方式}a}Figure1.1Workingtemperaturesandcorresponddingcoolingtechnologiesforspacedetectors圈

以液氦溫區(qū)為例，表１．３列出了當(dāng)前世界上近１０年來已發(fā)射和在研的使用??液氦溫區(qū)主動式機械制冷技術(shù)的低溫空間探測任務(wù)的詳細信息。表１．４?給出??了截至２０１３年，空間應(yīng)用中主動式機械制冷機應(yīng)用現(xiàn)狀。圖１．３［４９］呈現(xiàn)了?１９８１??年至２０１３年四種常用小型低溫制冷機（斯特林制冷機、脈管制冷機、ＧＭ制冷機??和Ｊ－Ｔ節(jié)流制冷機）的研究文獻比例分布。結(jié)合表１．３可知，當(dāng)前斯特林制冷和??脈管制冷機是空間用主動式制冷技術(shù)的主流技術(shù)

由于無論作為制冷機還是發(fā)動機，早期斯特林熱機的性能都不盡人意，所以??之后的近百年間，斯特林熱機的發(fā)展陷入沉寂。直至１９３８年，出于為戰(zhàn)時雷達??站提供電力的需要，荷蘭菲利浦實驗室的Ｈ．Ｒｉｎｉａ重新考慮使用斯特林循環(huán)作為??發(fā)動機來驅(qū)動發(fā)電機，在研制過程中，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)對研制的發(fā)動機輸入功時，它??們竟然具有非常好的制冷效果，Ｈ．Ｒｉｎｉａ等于１９４５年在輸入功為１馬力（７３５．５?Ｗ）??的情況下獲得了－１９０°Ｃ的溫度，自此斯特林制冷機的研究在菲利浦實驗室成為一??個單獨的部門，在開創(chuàng)性成果的基礎(chǔ)上不斷地取得突破。代表性成果為：（１）．１９５０??年成功使用斯特林制冷機液化空氣［５３］；?（２）．?１９５４年研制出在７７?Ｋ具有５８０Ｗ制??冷量的斯特林制冷機，用于液化空氣時，每小時可獲得７．５Ｌ液化空氣［５３］。（３）．１９６５??年研制出用液壓驅(qū)動的四缸整體式斯特林制冷機可在７７?Ｋ提供２０?ｋＷ的制冷??量，使用氫氣為制冷工質(zhì)時，在１００?Ｋ的相對卡諾效率高達４６％［５４Ｌ??菲利浦實驗室的相關(guān)研究引發(fā)了新一輪的對斯特林制冷機的關(guān)注，并成功推??


本文編號：3008249