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频率对热耦合两级脉管制冷机重力效应影响研究
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作者 陈振曜 殷旺 +5 位作者 惠贺军 杨伟业 吴亦农 蒋珍华 丁磊 刘少帅 《低温工程》 北大核心 2025年第2期61-66,共6页
为了削弱脉管制冷机在不同重力方向下因冷热端温差导致的自然对流问题,探究频率对制冷机重力效应的影响。基于二维CFD模拟了各角度下不同频率的脉冲管内部温度场的及相位的变化,并通过实验验证了不同角度及频率下制冷机制冷温度的变化... 为了削弱脉管制冷机在不同重力方向下因冷热端温差导致的自然对流问题,探究频率对制冷机重力效应的影响。基于二维CFD模拟了各角度下不同频率的脉冲管内部温度场的及相位的变化,并通过实验验证了不同角度及频率下制冷机制冷温度的变化。结果表明:脉管制冷机在不同频率下运行时,分别在冷端朝向角为120°和150°时展现出最差的制冷性能。随着运行频率的增大,高频压力波对自然对流抑制作用逐渐凸显,重力方向变化对于脉管制冷机的影响减弱。增大制冷机运行频率可部分削弱重力效应对制冷机性能影响。 展开更多
关键词 脉管制冷机 热耦合 自然对流 CFD 重力方向 空间应用
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活塞调相脉管制冷技术及应用
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作者 刘少帅 吴亦农 +3 位作者 蒋珍华 惠贺军 丁磊 黄政 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1650-1655,共6页
脉管制冷机的微振动、高可靠、轻量化等特点,已经在航天红外探测器冷却方面取得广泛应用。作为新发展的调相方式,活塞调相技术在实现更高能效、更低温度、更低振动输出等方面具有独特优势。基于活塞调相的基本特性,针对主动活塞调相、... 脉管制冷机的微振动、高可靠、轻量化等特点,已经在航天红外探测器冷却方面取得广泛应用。作为新发展的调相方式,活塞调相技术在实现更高能效、更低温度、更低振动输出等方面具有独特优势。基于活塞调相的基本特性,针对主动活塞调相、气动功回收活塞调相和主动功回收活塞调相三种主要的活塞调相方式进行气动力分析。分别将不同活塞调相方式应用于10~80 K脉管制冷机研制,验证活塞调相对多种形式下脉管制冷机能效提升应用效果。从应用视角出发,探讨活塞调相后续研究及改进方向。 展开更多
关键词 脉管制冷机 活塞调相 声功回收 低温制冷 空间应用
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利用主动活塞调相的双温区脉管制冷机环境适应性研究 被引量:2
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作者 惠贺军 宋键镗 +3 位作者 蒋珍华 殷旺 刘少帅 吴亦农 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期7-12,共6页
为满足双温区制冷需求,通过单压缩机驱动80 K和40 K双温区冷指,且双冷指均采用主动调相器调节冷指内相位差分布,可在实现制冷机轻量化的同时,在双温区高效率制冷。本文基于双温区主动调相脉管制冷机,在制冷机环境温度和调相器相位差发... 为满足双温区制冷需求,通过单压缩机驱动80 K和40 K双温区冷指,且双冷指均采用主动调相器调节冷指内相位差分布,可在实现制冷机轻量化的同时,在双温区高效率制冷。本文基于双温区主动调相脉管制冷机,在制冷机环境温度和调相器相位差发生变化时,分别从制冷机内双冷指声功分配、回热器冷端相位差和制冷量变化特性的角度,开展了数值计算分析和实验验证研究。研究结果表明,制冷机在环境温度变化时,通过主动调节调相器活塞运动相位差,双温区冷指能够保持高效率制冷,实现制冷机对环境温度的主动适应。 展开更多
关键词 脉管制冷机 主动调相 环境温度 双温区
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双温区脉管制冷机的制冷量主动调控策略 被引量:1
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作者 惠贺军 吴亦农 +3 位作者 宋键镗 殷旺 蒋珍华 刘少帅 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期169-175,187,共8页
针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,... 针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,实现80 K和40 K双温区制冷量主动调控.数值计算结果显示,调相器相位差对高温区制冷量影响较大,调相器振幅和相位差对低温区制冷量均有明显的影响.实验结果表明,采用基于主动控制调相器活塞运动特性的调节策略,80 K温区制冷量可以在9.2~23.7 W内主动调节,40 K温区制冷量可以在3.2~4.5 W内主动调节. 展开更多
关键词 脉管制冷机 主动调相 双制冷温区 阻抗分析 调控策略
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双温区声功回收型脉管制冷机环境温度影响研究
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作者 惠贺军 黄政 +5 位作者 殷旺 伍文婷 丁磊 蒋珍华 刘少帅 吴亦农 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期50-56,共7页
双温区脉管制冷机可以满足2个温区同时取冷的需求,但在实际应用场景中,制冷性能受环境温区影响较大,限制了其在复杂环境中的应用。基于双温区声功回收主动调相的脉管制冷机,研究了环境温度对调相器气体负载、冷指入口声功及双温区制冷... 双温区脉管制冷机可以满足2个温区同时取冷的需求,但在实际应用场景中,制冷性能受环境温区影响较大,限制了其在复杂环境中的应用。基于双温区声功回收主动调相的脉管制冷机,研究了环境温度对调相器气体负载、冷指入口声功及双温区制冷量的影响特性。研究表明:相较于传统仅包含膨胀调相腔的活塞型调相器,当环境温度自253 K升至333 K时,声功回收型调相器活塞总气体负载刚度最大变化量仅为2630 kg/s^(2),影响程度降低86.1%,表明了声功回收型调相器具有更强的环境温度适应性。实验结果显示:在制冷机环境及散热面温度分别为253 K和333 K时,通过主动调控调相器活塞运动振幅和相位差,可对双温区制冷量进行主动调控。 展开更多
关键词 脉管低温制冷机 声功回收 主动调相 环境温度 低温技术
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液氢温区热耦合斯特林/脉管小型化复合制冷机性能提升及参数优化研究 被引量:3
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作者 殷旺 惠贺军 +5 位作者 伍文婷 褚晋简 木松松 刘少帅 蒋珍华 吴亦农 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3269-3277,共9页
脉管制冷机冷端温度低至液氢温区时,往往需要采用两级结构,其中预冷级是影响整机效率的关键之一。本文针对15 K两级脉管制冷机应用需求,选用单级气动斯特林制冷机为第二级脉管制冷机提供预冷,通过模拟仿真研究了气动斯特林制冷机机械刚... 脉管制冷机冷端温度低至液氢温区时,往往需要采用两级结构,其中预冷级是影响整机效率的关键之一。本文针对15 K两级脉管制冷机应用需求,选用单级气动斯特林制冷机为第二级脉管制冷机提供预冷,通过模拟仿真研究了气动斯特林制冷机机械刚度和推移杆直径的影响,提高80 K单级斯特林制冷机的设计比卡诺效率(计算制冷量/PV功)至37.4%。实验验证了单级斯特林制冷机的预冷能力,斯特林/脉管热耦合两级制冷机在15 K可获得制冷量1.12 W,各级总输入电功为357 W,相对于单级脉管制冷机预冷时消耗电功减少30 W,整机比卡诺效率提升至5.96%。对预冷温度开展实验研究,验证了第二级脉管所需最佳预冷温度,冷端在15 K获得0.6 W时的预冷温度实验最优值在90 K附近。 展开更多
关键词 液氢温区 热耦合 脉管制冷机 预冷温度 参数匹配
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15 K热耦合两级脉管制冷机低温段回热器长径比理论及实验研究 被引量:3
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作者 殷旺 伍文婷 +3 位作者 惠贺军 刘少帅 蒋珍华 吴亦农 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期184-191,共8页
为了提高脉管制冷机的制冷量和效率,解决液氢温区以下多级脉管制冷机效率低下的问题,对关键部件之一的低温段回热器尺寸进行了设计优化。针对15 K两级脉管制冷机,首先采用数值模拟仿真的方法研究了低温段回热器尺寸对制冷机内部各项损... 为了提高脉管制冷机的制冷量和效率,解决液氢温区以下多级脉管制冷机效率低下的问题,对关键部件之一的低温段回热器尺寸进行了设计优化。针对15 K两级脉管制冷机,首先采用数值模拟仿真的方法研究了低温段回热器尺寸对制冷机内部各项损失以及性能的影响,获得了等效长径比的最优值3.81;然后研制了等效长径比分别为3.81、6.80的两种低温段回热器进行实验对比。实验结果表明,制冷机低温段回热器等效长径比为3.81时,制冷机性能更好,且在30 Hz下,可以在15 K获得制冷量0.91 W,此时各级总输入电功为386 W,整机的比卡诺效率达到4.45%。该研究可为制冷机低温段回热器的设计优化提供参考,对多级脉管制冷机的效率提升具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 脉管制冷机 回热器 长径比 比卡诺效率
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Optimization of the Swept Volume Ratio between the Compressor and the Active Displacer in an Efficient 20 K Thermal-Coupled Two-Stage Pulse Tube Cryocooler 被引量:1
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作者 YIN Wang LIU Shaoshuai +6 位作者 SONG Jiantang WU Wenting hui hejun JIANG Zhenhua LI Nanxi ZHU Haifeng WU Yinong 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期2155-2165,共11页
As an important component of the stirling-type pulse tube cryocooler(SPTC),an efficient phase shifter can significantly improve the cooling capacity.Compared to the common phase shifter,the active warm displacer(AWD)h... As an important component of the stirling-type pulse tube cryocooler(SPTC),an efficient phase shifter can significantly improve the cooling capacity.Compared to the common phase shifter,the active warm displacer(AWD)has a wider phase adjustment range and therefore can obtain a better phase relationship easily.Based on a two-stage thermal-coupled SPTC operating in the 20 K range,this paper studied the influence of the swept volume ratio between the compressor and displacer.The research found that the swept volume ratio changes the cooling capacity and efficiency of the cryocooler mainly by changing the phase difference between the pressure wave and the volume flow at the cold end.It was found from the results of the simulation and experiments that there is an optimal displacement of the displacer(Xd)of 2.5 mm and an optimal phase angle of 15°to obtain the highest cooling efficiency while the displacement of the compressor is constant.The cooling capacity at 20 K is 1.3 W while the input electrical power of the second stage compressor is 202 W,which indicates an overall relative Carnot efficiency(rCOP)of 0.055 in terms of input electrical power.In addition,due to the reasonable setting of precooling temperature and capacity,the swept volume ratio and phase at the maximum cooling capacity and maximum efficiency are consistent in this study.The research improves the understanding of phase shifters and has guiding significance for the optimization of the SPTC working below 20 K. 展开更多
关键词 two-stage pulse tube cryocooler phase shifter active warm displacer cooling capacity 20 K
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