单级G-M型小孔脉管制冷机Sage建模

刘东立 甘智华，3

(1浙江大学能源工程学院制冷与低温研究所 杭州 310027)

(2浙江省制冷与低温技术重点实验室 杭州 310027)

(3能源清洁利用国家重点实验室 杭州 310027)

1 引言

低温真空泵、MRI和超导电力等技术的迅速发展对低温制冷机的需求量与日俱增。如今得到工业化大批量生产的低温制冷机，仅有G-M制冷机一种。与G-M制冷机相比，脉管制冷机具有在低温下无运动部件、结构简单、可靠性高、机械振动和电磁噪声小等突出优点［1］，主要有斯特林型和G-M型两类。斯特林型脉管制冷机采用线性压缩机驱动，冷头中气体交变频率与压缩机活塞工作频率相同，通常工作在几十甚至上百赫兹。G-M型脉管制冷机与G-M制冷采用相同的压缩机，冷头与压缩机之间采用高低压切换阀连接，冷头气体交变频率通常在1¯2 Hz，相比斯特林型脉管制冷机能够获得较高的压比和更加充分的换热，从而更容易获得较低的制冷温度。虽然G-M型脉管制冷机能够达到很低的制冷温度，并已经实现了商业化应用，但在制冷效率和可靠性方面仍有待提高［2］。

对于G-M型脉管制冷机有很多实验研究，或采用REGEN软件对回热器进行数值计算，尚未有对GM型脉管制冷机整机进行整机模拟的公开报道。

本文使用Sage软件，对包括压缩机、切换阀及冷头部件在内的单级G-M型小孔脉管制冷机整机进行了建模，重点分析了切换阀孔径和时序对制冷机性能的影响。

2 模型介绍

本文所述单级G-M型小孔脉管制冷机的Sage模型主要包括两个模块:压缩机单元和冷头单元。……