空间用液氦温区长寿命高效节流制冷机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51176165
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
甘智华
依托单位：
浙江大学
学科分类：
E0601.工程热力学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
赵胜颖；张权；曹强；吴英哲；周文杰；王龙一；王博；袁园；
关键词：
空间应用节流 JT制冷机线性压缩机液氦温区

项目摘要

结项摘要

液氦温区低温制冷技术在空间探测、国防军事、低温超导、能源、医疗等涉及国计民生等方面具有广泛的应用潜力。大部分探测器在液氦温区（或更低温度）下工作可获得高的敏感度和分辨率，而研制紧凑高效轻量长寿命的液氦温区低温制冷技术成为空间探测的根本保障！相比携带液氦或超流氦的杜瓦方式和吸附压缩驱动方式，本项目提出的大压比线性压缩机驱动的高效JT节流制冷方案具有体积小重量轻长寿命的潜在优势，但相比于国外正在兴起的主动式液氦温区制冷技术，我国无论在理论上还是在实验上都处于起步阶段，亟需发展。.文献调研：.系统总结国内外空间液氦温区机械式制冷技术的关键参数及发展趋势。综述液氦温区高频脉管制冷技术的发展现状和研究进展。指出以上技术在空间应用领域的重要性，提炼了关键科学问题。.JT节流制冷机理论计算和实验研究：.1）通过热力学模拟计算得预冷温度、压力及换热器效率对制冷机性能的影响，并以此设计并搭建了液氦温区JT节流制冷机实验台，获得的开式循环实验最佳稳定工况为：预冷温度10 K，氦气流量10 mg/s，制冷量120 mW@4.5 K。同时发现其对氦工质的高纯要求超出了我们目前的一些认知。.2）研制动磁式有阀线性压缩机，单级压比达3比1。证明JT压缩机与斯特林型制冷机的压缩机除进排气阀外，其原理相同。.3）提出末级间壁式换热器新结构，通过改变流量分布，使制冷机能在小压比下获得较大制冷量，对制冷机的小型化、轻量化有较大意义。.回热式制冷机的理论与实验研究：.1）理论推导得到压缩机各参数与声阻抗之间的关系式，对压缩机输出PV功及其转换效率进行优化，并实验验证，为线性压缩机与制冷机之间的阻抗匹配提供依据。.2）数值计算和实验结果表明，惯性管低温下调相效果更佳，是解决小声功调相困难的有效技术途径之一。 .3）讨论了回热器的优化设计流程，给出了回热器中各个参数对制冷效率的影响关系图，对常用温区及频率的单级高频回热器进行了优化计算，为回热器设计提供指导。.需要进一步深入的工作：.1）JT制冷机开式循环改为闭式循环的工作亟需开展；.2）具有本征长寿命的无油线性电机驱动的大压比JT压缩机的研制工作开展得远远不够；.3）线性压缩机驱动的高性能回热式低温制冷机（预冷侧）的研制工作仍需深入开展，特别是在高可靠性方面；.4）新的原理新的流程需要进一步探讨。