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第三章
脉 冲 管 制 冷 机 理 论 计 算 结 果
脉冲管制冷机的设计
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第三章
脉冲管制冷机的设计
脉 冲 管 制 冷 机 装 配 示 意 图 A
脉 冲 管 制 冷 机 装 配 示 意 图 B
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第三章
脉冲管制冷机的设计
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第三章
脉冲管制冷机的设计
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第五章
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第六章
总结
(1) 连接匹配热声发动机和脉冲管制冷机的时候，要求尽量 减少管路的粘性损失。另外。连接中还会出现变截面的流 动问题，同样也会产生一部分声功的损失，必须加以克服， 在实践上，尽量减少连接管道中变截面的数量。 (2) 在不导致换热性能严重恶化的前提下，通过调整夹套式 水冷却器内部的丝网填料，减少了其中的声功率损失，增 大了热声系统中声振荡压力波的振幅和压比，从而使热声 驱动脉管制冷机获得了更低的制冷温度。
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Байду номын сангаас 第三章
脉冲管制冷机的设计
（2）回热器空容积、脉冲管容积、回热器和脉冲管的长 径 比 对于脉冲管的长径比，一般有三个选取原则： 脉冲管的直径远大于工质的热穿透深度和粘性穿透深度。 脉冲管内处于层流状态。 脉冲管应足够长，使冷端进入脉冲管的气体不直接接触热 端。 一般情况下脉冲管的长径比在10-20之间。
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第二章 探索
脉冲管制冷机相关理论
1 焓流调相理论 2 表面泵热原理 3 向量分析法 4 热力学非对称理论 5 数值模拟理论分析 6 热声相关理论 （1） Rott经典热声线性理论 （2）线性热声网络理论（热声学相似理论）
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第三章
脉冲管制冷机的设计
2.2 脉冲管制冷机结构参数分析 （1）回热器及其填料结构 回热器是回热式制冷机的一个重要的部件，选用回热器填料 的主要原则是：填料具有足够高的热容；填料孔隙通道的水 力直径应该小于工质的热穿透深度，大于工质的粘性穿透深 度，以保证良好的热接触并且压力损失较小；填料的特征尺 寸（这里指丝网的直径，简称丝径）应该小于或接近填料的 热穿透深度，以免填料拥有多余无效的热容进而增加回热器 内的轴向导热。
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第一章
绪论
1998年，日本的Matsubara等提出了移动活塞型脉冲管制冷 机（也称双活塞型脉冲管制冷机），他们设想的这种结构可 以回收膨胀功，提高制冷效率
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第一章
绪论
1992年，中科院低温中心周远等在双向进气的基础上提出 了多路旁通脉冲管制冷机
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第一章
绪论
1.2.2多级脉管制冷机的研究进展 1965年，Gifford 和Longsworth研制的二级基本型脉管制冷机最低制冷 温度达到123K。 1967年，Longsworth报道了采用二级和四级基本型脉管制冷机分别获得 了79K和32K的低温。 1993年，Matsubara等人利用三级双向进气型脉管制冷机成功达到3.6K， 使得脉管制冷技术首次进入液氦温区。 1996年，德国Giessen大学王超和Heiden，浙江大学的陈国邦和邱利民 几乎同时采用二级GM型脉管制冷机达到了液氦温度。 2003年，浙江大学蒋宁采用3He工质，利用热耦合型二级脉管制冷机实 现了1.27K的低温，这是目前报道的采用脉管制冷技术获得的最低温度。
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第三章
脉冲管制冷机的设计
（3）气库体积的影响 气库体积的大小对脉冲管制冷机的性能有影响，但这个影 响是有限度的，一般认为对于低频脉冲管制冷机，气库体 积为10倍脉冲管体积为宜，当其值大于10倍以后，气库体 积的增加对脉冲管制冷机的影响不大。对于高频脉冲管制 冷机，气库体积取脉冲管、回热器和压缩机扫气容积之和 的10倍为宜。
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第一章
绪论
1989年，西安交通大学的朱绍伟在理论分析的基础上，提 出了双向进气结构的脉冲管制冷机，用由一根紫铜管加上 可调节的小孔组成的“气体分配器”把一股气流直接从压 缩机的出口接到脉冲管的热端
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第一章
绪论
1997年，Gardner和Swift采用电模拟方法分析了长颈管的 调相机理并用实验进行了定型验证
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第一章 绪论
1967年，Gifford用一台无阀压缩机代替旋转切换阀，利 用活塞在气缸内的往复运动产生的压力波直接驱动脉冲管 内的工质，提出了可逆性脉冲管制冷机
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第一章 绪论
1984年，前苏联的Mikulin在脉冲管后加入了一个气库，热 端换热器和脉冲管之间用一段节流阀连接，也就是所谓的 节流小孔，当时被称为气体分配器，得到了最初的小孔型 脉冲管制冷机
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第三章
脉冲管制冷机的设计
理论计算工况 脉冲管制冷机结构参数为： 脉冲管的内径D pt 6 mm ，管壁厚度B pt 0 . 2 mm ，长度L pt 60 mm ， 制作材料为不锈钢； 回热器的内径 D reg 19 mm ，管壁厚度B reg 0 . 2 mm ，长度L reg 52 mm ， 制作材料为不锈钢； 回热器填料为不锈钢丝网；目数400目，丝径0.02mm，回热器热端 2 2 换热器的气体流通面积 A gas 3 . 9 10 5 m，换热面积 A heat 1 . 693 10 3 m ， 长度 L heat 10 mm 。 5 2 冷端换热器（冷头）等效气体流通面积 A gas 3 . 9 10 m ，等效换热面 3 2 积A heat 1 . 693 10 m ， 等效长度 L heat 10 mm 。 运行参数为： 充气压力1.5MPa，运行频率80Hz，小孔阀和双向进气阀都关闭。
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第六章
总结
(3) 双向进气阀对热声驱动脉管制冷机的起振温度具有重要 影响，关闭双向进气阀可显著降低起振温度。采取在双向进 气阀关闭状态启动热声发动机的加热器，系统起振后再打开 双向进气阀至优化开度的操作方式，既不影响脉管制冷机正 常降温，又可实现较低的起振温度，有助于利用低品位热源， 同时也可保障系统安全运行。 (4) 脉冲管制冷机冷端的压力波和体积流速之间的相位差是 影响制冷量的关键因素之一，当此相位差为零时，制冷机的 理论制冷量最大，而相位差为90度时，理论制冷量最小，制 冷效果最差。
专题
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第五章
专题
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第四章
经济性和环境性分析
1热声驱动脉管制冷机对环境的影响 脉管制冷机中的制冷机多为氦气，氮气等，都是大气中存 在的惰性气体。排放到大气也不会大气污染，对环境产生 破坏.所以在制冷剂方面，脉冲管制冷剂有得天独厚的优势。 2热声驱动脉管制冷机的经济性 热声驱动脉管制冷机的卡诺效率很低，COP也非常低，所 以在今后的研究方向就是提高热声驱动脉管制冷机的卡诺 效率及其经济性指标。
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第三章
脉冲管制冷机的设计
（4）换热器 对换热器的要求主要有，工质气体与周围固体介质间的良 好换热；换热器横向导热性能良好，以便更好地与外界进 行热交换。
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第三章
脉冲管制冷机的设计
2.3 脉冲管的设计方法和设计结果 采用热声发动机为驱动单元的脉冲管制冷机，其设计方法 与普通压缩机作为驱动单元不同，不仅要考虑脉冲管制冷 机本身的性能，还要考虑脉冲管制冷机和压缩机匹配的问 题，其中包含了连接匹配，频率匹配，工质的匹配。
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热声驱动75K温区双向进气型 脉冲管制冷机设计
2011.6
答辩人：张显威
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摘要
1 课题背景 热声驱动器的优点： （1）无机械运动部件 （2）可使用低品位能源 （3）结构简单、运行可靠 （4）工作时间长等优点
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第一章 绪论
1.1 脉管制冷机的发展历程 1.2.1单极脉冲管制冷机研究进展 1963年，美国的Gifford和Longsworth利用气体在一个圆管内 绝热压缩膨胀制冷，而后加入了一个回热器，研制出了第一代 脉冲管制冷机