現(xiàn)代世界上氦氣資源的日益緊張,推動了實驗室用的低溫真空設備向小型化和集約化方向的快速發(fā)展,促進為小型低溫真空裝置提供液氦冷量的小型氦制冷機的技術進步。本文以單臺10K溫度級Gifford-McMahon制冷機為預冷冷源的氦節(jié)流制冷機系統(tǒng)（簡稱,G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)）為研究對象,采用熱力學基本原理分析了 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)的熱力循環(huán)性能,研究了 G-M制冷機冷頭預冷能力對制冷機系統(tǒng)制冷量的影響;針對4.5KG-M/J-T氦制冷機系統(tǒng)不同溫度區(qū)間的各設備工作特性,借鑒Cloude循環(huán)氦制冷機設計和運行經(jīng)驗,選取了的系統(tǒng)關鍵設計參數(shù),設計系統(tǒng)的冷箱、真空與絕熱系統(tǒng)、低溫換熱器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等關鍵部分;采用傳熱學和流體力學基本原理深入分析系統(tǒng)各低溫設備內(nèi)的傳熱和工質(zhì)流動特性,驗證了系統(tǒng)各關鍵部分設計的合理性,完成了各關鍵部件的研制。本文搭建了開式G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)實驗平臺,通過制冷機降溫實驗,對制冷機系統(tǒng)的降溫性能和制冷能力進行了深入的研究分析,實驗結(jié)果表明:設計的G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷系統(tǒng)能夠了穩(wěn)定降溫到液氦溫度并在該溫度下獲得一定制冷量的... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景與意義
    1.2 低溫物理學與低溫制冷技術
    1.3 以G-M制冷機為冷源的小型氦制冷機發(fā)展
        1.3.1 以G-M制冷機為冷源的冷凝式小型氦制冷機
        1.3.2 以G-M制冷機為預冷冷源的J-T循環(huán)式小型氦制冷機
    1.4 本文研究內(nèi)容
第二章 G-M/J-T氦制冷系統(tǒng)熱力學分析與計算
    2.1 氦與氦制冷機系統(tǒng)
        2.1.1 氦的基本性質(zhì)
        2.1.2 氦制冷機系統(tǒng)
    2.2 G-M/J-T混合氦制冷熱力循環(huán)參數(shù)選擇
    2.3 G-M/J-T氦制冷循環(huán)的分析與優(yōu)化
    2.4 本章小結(jié)
第三章 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)設計
    3.1 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)冷箱的設計
        3.1.1 冷箱的結(jié)構(gòu)設計
        3.1.2 材料的選擇
        3.1.3 密封與連接
    3.2 真空與絕熱設計
        3.2.1 真空設計
        3.2.2 絕熱設計
    3.3 換熱器設計
        3.3.1 冷頭換熱器設計
        3.3.2 主回路換熱器設計
    3.4 測量采集系統(tǒng)設計
        3.4.1 溫度與制冷量測量
        3.4.2 流量與壓力測量
        3.4.3 數(shù)據(jù)采集
    3.5 本章小結(jié)
第四章 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)的傳熱分析
    4.1 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機的溫度分布
    4.2 換熱器的傳熱分析
        4.2.1 冷頭換熱器的傳熱分析
        4.2.2 主回路換熱器的傳熱分析
    4.3 低溫熱防護屏的傳熱分析
        4.3.1 熱防護屏冷卻管內(nèi)流動傳熱過程
        4.3.2 熱防護屏熱負荷分析
        4.3.3 熱防護屏溫度分布ANSYS分析
    4.4 低溫調(diào)節(jié)閥的傳熱分析
        4.4.1 低溫調(diào)節(jié)閥的基本結(jié)構(gòu)與性能
        4.4.2 低溫調(diào)節(jié)閥的冷量損失分析
        4.4.3 低溫調(diào)節(jié)閥的溫度分布ANSYS分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)的測試實驗與討論
    5.1 實驗裝置
        5.1.1 制冷機設備試裝配
        5.1.2 制冷機冷箱內(nèi)管路的安裝
        5.1.3 制冷機的壓力和檢漏測試
        5.1.4 測量器件和絕熱真空設備
    5.2 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)測試實驗
        5.2.1 熱防護屏降溫實驗
        5.2.2 制冷機低溫調(diào)節(jié)閥的降溫實驗
        5.2.3 制冷機系統(tǒng)降溫實驗
    5.3 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)制冷量測試實驗
    5.4 G-M/J-T混合循環(huán)氦制冷機系統(tǒng)實驗結(jié)果分析
        5.4.1 制冷機測試結(jié)果的誤差分析
        5.4.2 制冷機測試結(jié)果的數(shù)據(jù)處理
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 本文的創(chuàng)新點
    6.3 本研究工作進一步的展望和設想
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]GM制冷機預冷的氦節(jié)流制冷機流程研究（英文）[J]. 周振君,雷剛,劉彥杰.  低溫工程. 2015(04)
[2]超導重力儀用液氦恒溫器研制[J]. 丁先庚,何超峰,張俊峰,武義鋒,仰葉.  低溫與超導. 2013(08)
[3]液氮凍結(jié)管內(nèi)沸騰段分布特征的試驗研究[J]. 石榮劍,岳豐田,張勇,陸路.  煤炭學報. 2013(07)
[4]航天先進紅外探測器組件技術及應用[J]. 龔海梅,邵秀梅,李向陽,李言謹,張永剛,張燕,劉大福,王小坤,李雪,方家熊.  紅外與激光工程. 2012(12)
[5]全球氦供求形勢及其回收利用[J]. 張寧,胡忠軍,李青.  低溫與特氣. 2010(06)
[6]4KG-M制冷機做冷源的自循環(huán)氦液化裝置研制[J]. 徐冬,徐向東,龔領會,郭曉虹,謝祖棋,趙紅衛(wèi),李瑋.  低溫工程. 2010(01)
[7]傾斜管內(nèi)低溫兩相彈狀流特性實驗研究——彈狀汽泡運動速度[J]. 張華,李滿峰,巨永林,王經(jīng).  低溫與超導. 2010(01)
[8]傾斜管內(nèi)低溫兩相彈狀流特性實驗研究——液彈運動速度[J]. 李滿峰,張華,巨永林,王經(jīng).  低溫與超導. 2009(12)
[9]磁制冷研究現(xiàn)狀[J]. 孫立佳,孫淑鳳,王玉蓮,王立.  低溫與超導. 2008(09)
[10]紅外探測器的發(fā)展及其在空空導彈上的應用[J]. 趙鴻燕,倪永平,王秀萍.  飛航導彈. 2008(07)

博士論文
[1]回轉(zhuǎn)彎道對豎直U型管內(nèi)液氮流動與傳熱的影響研究[D]. 鄧冬.上海交通大學 2014
[2]低溫氣液兩相彈狀流流動特性和流場結(jié)構(gòu)的實驗及數(shù)值研究[D]. 劉亦鵬.上海交通大學 2013
[3]脈沖強磁場科學實驗用GM制冷機低溫恒溫器的研制與實驗研究[D]. 王紹良.華中科技大學 2013
[4]10K溫區(qū)雙級G-M制冷機結(jié)構(gòu)優(yōu)化及實驗研究[D]. 郝熙歡.上海交通大學 2012
[5]百瓦量級2K超流氦制冷系統(tǒng)的動態(tài)仿真和實驗研究[D]. 杜宏鵬.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[6]HT-7U超導托卡馬克氦制冷系統(tǒng)熱力學分析及設計研究[D]. 白紅宇.中國科學院研究生院（等離子體物理研究所） 2002

碩士論文
[1]液氦內(nèi)冷超導電纜接頭研制[D]. 左佳欣.中國科學院研究生院（近代物理研究所） 2015
[2]液氮核態(tài)池沸騰CFD模擬和可視化實驗[D]. 熊煒.浙江大學 2015
[3]脈沖強磁場氦液化制冷系統(tǒng)流程及換熱器的優(yōu)化分析[D]. 陳璐璐.華中科技大學 2008
[4]推進劑貯箱氦氣增壓系統(tǒng)啟動特性研究[D]. 石玉鵬.上海交通大學 2007
[5]7W/4.5K G-M/J-T氦制冷機動態(tài)仿真研究[D]. 郭興龍.哈爾濱工業(yè)大學 2006
[6]低溫液體火箭發(fā)動機循環(huán)預冷模擬試驗研究[D]. 鐘軼魁.浙江大學 2003



本文編號：3643215