文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
微型同轴脉管制冷机的实验研究和理论分析
姓名:苏伟
申请学位级别:硕士
专业:制冷与低温工程
指导教师:巨永林
20090213
上海交通大学硕士学位论文摘要
微型同轴脉管制冷机的实验研究和理论分析

摘要
低温电子学以导体动态电阻的热噪声在低温下可大大降低为基础,包
括半导体电路,高温超导电路,半导体与超导体的混合集成电路,低温
光电子电路等,其主要工作温区为 60~80 K,需 1~6 W 制冷功率。
本文在中科院上海技术物理研究所和上海交通大学制冷与低温研究
所合作的基础上,结合国内外脉管制冷机的研制现状,研制一套微型同
轴脉管制冷机,其性能在 80K 时能提供 5W 制冷量,输入功率为 110W。围
绕研制脉管制冷机样机,本文主要做了以下几方面工作:
,采用程序对脉管制冷机蓄冷器进行了详细计算和
分析,利用的计算结果对蓄冷器进行了分析,对比了不同冷
端压比下,蓄冷器的冷端质量流和压力波相位角对蓄冷器效率的影响。
并对比了蓄冷器中冷端压力和热之间的关系。结果表明,在蓄冷器
中的传递,压力占的绝大部分。对于给定尺寸的蓄冷器,当压比
为时,冷端质量流滞后于压力波相位角 30°时,效率最高。
,对微型同轴脉管制冷机的关键零部件进行了详细的设计和
改进。对蓄冷器堵头部分进行详细设计,优化了制冷机的性能;对冷头
部分进行了改进,提出了一种新型的整体螺纹焊接式冷头结构。冷头特
第 I 页
上海交通大学硕士学位论文摘要
殊的三种结构优化了冷头的性能:螺纹连接加焊接的方式,增加了焊接
的可靠性和检漏时的安全性;狭缝式流道设计不但使工作气体流动更加
均匀,而且增大了冷头的整体换热面积;冷端挡板内的紫铜丝网起到层
流化脉管冷端气流的作用和部分换热的作用。
。通过铂电阻温度计来
测量脉管制冷机冷头温度,利用热平衡方法来实现脉管制冷机在特定温
度下的制冷量测量。同时利用计算机对测量数据进行采集,实现脉管制
冷机动态测量技术。
4. 微型同轴脉管制冷机的实验测试及分析。首先,研究了组合惯性
管调相技术对脉管制冷机制冷性能的影响规律。实验测试表明,不同惯
性管组合对脉管制冷机的制冷性能非常大,而同一组惯性管组合下,制
冷机在某个频率点能取得最佳的性能,但是在最佳频率点附近 4Hz 的范
围内,最低温度的变化不超过 2K。再次,通过对微型同轴脉管样机
CPTC8001 的实验研究,设计,制造并测试了带有新型冷头结构的实验样
机 CPTC8002 在 80K 时获得了 4W 制冷量,输入功率为 134W。最后,对样
机未达到提出的目标的原因进行了分析。

关键词:微型同轴脉管制冷机,蓄冷器,效率
第 II 页
上海交通大学硕士学位论文目录
Experimental Study and Theoretical Analysis on
Miniature Co-axial Pulse Tube Cryocooler
ABSTRACT
The cryoelectronics are based on reducing the thermal noise dynamic
resistantance of the conductor, including semiconductor circuits,
high-temperature superconducting circuits, semiconductors and
superconductors hybrid integrated circuits, optoelectronic circuits, with the
main district temperature from 60K to 80 K and 1 ~ 6 W cooling power.
Based on the collaboration with SITP (Shanghai Institute of Technical
Physics), CAS (Chinese Academy of Sciences), this thesis focused on the
Stirling-type co-axial pulse tube cryocooler for space application, a high
capacity prototype is developed, and the