高频4K主动活塞调相式脉冲管制冷机的研究

脉冲管制冷机低温端无机械运动部件，具有机械振动和电磁干扰小、寿命长的优点，且结构简单。脉冲管制冷机又分低频脉冲管制冷机和高频脉冲管制冷机。前者一般工作在较低频率（1-10Hz），采用GM压缩机和旋转阀产生压力波，后者工作在较高频率（10Hz以上，一般在50Hz），采用线性压缩机产生压力波。.高频脉冲管制冷机是目前研究的一个热点和重点方向，但是4K温区的高频多级脉冲管研究的非常少，几乎是空白。本项目主要是满足低温超导磁体的需要，设计和研究液氦温区的高频脉冲管，研究高频深低温下蓄冷器里面非理想气体的流动和传热过程，实现对4K温区蓄冷器和制冷部件的优化设计，并在4K级脉冲管热端引入主动活塞的调相方式，提高制冷机的制冷能力和效率。项目的成功将会升级传统的4K GM制冷机技术水平及产业。

脉冲管制冷机低温端无机械运动部件，具有机械振动和电磁干扰小、寿命长的优点，且结构简单，本项目针对中高频深低温脉管制冷机进行研究，首先采用热力学分析的方法，对脉冲管制冷机的关键部件蓄冷器进行了热力学分析，分析了空体积、频率对蓄冷器性能的影响，蓄冷器内温度的波动以及焓流状况，并将非理想气体性质引入热力学分析，分析深低温下非理想气体性质对焓流的影响。采用数值模拟的方法对脉冲管冷热端的层流器的性能进行仿真设计优化。研究中制冷机内的最小熵增作为优化设计的原则。项目搭建三级脉冲管的试验台，采用高速旋转阀获取中高频压力波，采用高速数据采集系统，获取压力波输出控制电压控制主动膨胀活塞的运行，力图提高中高频下脉冲管制冷机的效率和争取达到更低的制冷温度。