斯特林/脈管復(fù)合型制冷機(jī)（ST/PTC,Stirling/Pulse Tube hybrid Crycooler）結(jié)合了斯特林制冷機(jī)在高制冷溫區(qū)高效、高可靠性和脈管制冷機(jī)在低制冷溫區(qū)較為高效、高可靠性的優(yōu)勢(shì),成為一種滿足當(dāng)前長(zhǎng)周期深空探測(cè)任務(wù)的潛在理想機(jī)型。但是,當(dāng)前該種制冷機(jī)的研究細(xì)節(jié)較為匱乏,缺乏明確的制冷機(jī)理分析模型和可靠設(shè)計(jì)方法,本文基于氣動(dòng)型ST/PTC,從制冷機(jī)理和級(jí)間耦合特性兩方面進(jìn)行了研究。具體開(kāi)展工作如下:1)發(fā)展了基于熱力學(xué)時(shí)均分析和調(diào)相理論的ST/PTC能量流和相位分析方法基于熱力學(xué)時(shí)均分析方法獲得了理想情況下ST/PTC的能量流分布,結(jié)果表明:與脈管制冷機(jī)不同,ST/PTC由于回收了排出器的膨脹功,其最大聲功等于壓縮機(jī)的壓縮功和斯特林級(jí)的制冷量之和。根據(jù)能量流分析結(jié)果對(duì)復(fù)合型制冷機(jī)中斯特林級(jí)的制冷性能系數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。采用調(diào)相理論分析了 ST/PTC中壓力波和質(zhì)量流之間的相位分布,結(jié)果表明:由于排出器和膨脹腔的相互作用,ST/PTC中壓力波和質(zhì)量流之間的相位可以從斯特林級(jí)排出器冷端的負(fù)相位（質(zhì)量流落后壓力波）扭轉(zhuǎn)為脈管級(jí)回?zé)崞魅肟谔幍恼辔?從而使兩級(jí)回?zé)崞骶晒?.. 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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空間探測(cè)器所需低溫環(huán)境很度及冷卻方式}a}Figure1.1Workingtemperaturesandcorresponddingcoolingtechnologiesforspacedetectors圈

以液氦溫區(qū)為例，表１．３列出了當(dāng)前世界上近１０年來(lái)已發(fā)射和在研的使用??液氦溫區(qū)主動(dòng)式機(jī)械制冷技術(shù)的低溫空間探測(cè)任務(wù)的詳細(xì)信息。表１．４?給出??了截至２０１３年，空間應(yīng)用中主動(dòng)式機(jī)械制冷機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀。圖１．３［４９］呈現(xiàn)了?１９８１??年至２０１３年四種常用小型低溫制冷機(jī)（斯特林制冷機(jī)、脈管制冷機(jī)、ＧＭ制冷機(jī)??和Ｊ－Ｔ節(jié)流制冷機(jī)）的研究文獻(xiàn)比例分布。結(jié)合表１．３可知，當(dāng)前斯特林制冷和??脈管制冷機(jī)是空間用主動(dòng)式制冷技術(shù)的主流技術(shù)

由于無(wú)論作為制冷機(jī)還是發(fā)動(dòng)機(jī)，早期斯特林熱機(jī)的性能都不盡人意，所以??之后的近百年間，斯特林熱機(jī)的發(fā)展陷入沉寂。直至１９３８年，出于為戰(zhàn)時(shí)雷達(dá)??站提供電力的需要，荷蘭菲利浦實(shí)驗(yàn)室的Ｈ．Ｒｉｎｉａ重新考慮使用斯特林循環(huán)作為??發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，在研制過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)研制的發(fā)動(dòng)機(jī)輸入功時(shí)，它??們竟然具有非常好的制冷效果，Ｈ．Ｒｉｎｉａ等于１９４５年在輸入功為１馬力（７３５．５?Ｗ）??的情況下獲得了－１９０°Ｃ的溫度，自此斯特林制冷機(jī)的研究在菲利浦實(shí)驗(yàn)室成為一??個(gè)單獨(dú)的部門，在開(kāi)創(chuàng)性成果的基礎(chǔ)上不斷地取得突破。代表性成果為：（１）．１９５０??年成功使用斯特林制冷機(jī)液化空氣［５３］；?（２）．?１９５４年研制出在７７?Ｋ具有５８０Ｗ制??冷量的斯特林制冷機(jī)，用于液化空氣時(shí)，每小時(shí)可獲得７．５Ｌ液化空氣［５３］。（３）．１９６５??年研制出用液壓驅(qū)動(dòng)的四缸整體式斯特林制冷機(jī)可在７７?Ｋ提供２０?ｋＷ的制冷??量，使用氫氣為制冷工質(zhì)時(shí)，在１００?Ｋ的相對(duì)卡諾效率高達(dá)４６％［５４Ｌ??菲利浦實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究引發(fā)了新一輪的對(duì)斯特林制冷機(jī)的關(guān)注，并成功推??


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