回热器丝网填充率对85 K型同轴脉管制冷机性能的影响分析

赵 鹏 陆 志 蒋珍华 曲晓萍 吴亦农

(1 中国科学院上海技术物理研究所 上海 200083)

(2 中国科学院大学 北京 100049)

1 引 言

本研究以一台单级同轴型脉管制冷机为研究对象,通过建立一维热力学模型,结合调相理论,分析回热器丝网填充率的小范围变化对制冷机相关参数的影响情况,包括回热器内部质量流振幅、质量流与压力波的相位差、回热器内部能量损失、各零件能量损失以及PV功等。同时,对不同丝网填充率进行性能实验研究,以验证模型计算的准确性。

2 一维热力学模型与实验系统

2.1 一维热力学模型

本研究将根据仿真软件建立相应模型,以对脉管制冷机的回热器、惯性管及气库相应参数进行数值模拟计算,来分析各参数与制冷机性能的关系。通过质量守恒、动量守恒、能量守恒及其他相应关系式对各模块分别进行建模,再通过各模块的质量流、能量流、力的关系进行连接,建立制冷机整机模型,可以求解计算制冷量、PV功、质量流、能量损失、相位差等。

本模型为了提高运算效率,将三维控制方程进行一维简化处理,并在方程中加入了许多经研究验证的经验参数来提高模型计算的准确性,为了更高效地进行模拟计算,在脉管制冷机建模时,采用了以下假设:

(1)工质气体氦气为理想状态;

(2)气体的流动简化为一维流动;

(3)忽略制冷机内部的辐射换热、壁面与环境的对流换热及径向导热;

(4)回热器热端及冷端、脉冲管热端温度恒定;

(5)回热器内部填料均匀、填充率在各截面上恒定。……