高频脉管制冷机在液氦温区的制冷性能研究

"本文主要探讨了高频脉管制冷机在液氦温区的工作特性，着重研究了制冷机在高频下的设计与实验，旨在实现冷端无运动部件的低温制冷技术。作者通过理论设计并制造了一台预冷型单级高频脉管制冷机，利用低温惯性管和低温气库作为调相手段，对频率、平均充气压力、预冷温度及输入功率等因素进行了实验研究。实验结果显示，在使用氦-4作为工质，预冷温度4.54K，工作压力0.775MPa，工作频率40Hz的条件下，制冷机能够达到最低无负荷制冷温度4.23K。关键词包括液氦温区、高频、脉管制冷机和回热器等，表明该研究关注于低温制冷技术的高频优化及其在液氦温度范围的应用。" 详细知识点: 1. 脉管制冷机: 脉管制冷机是一种无运动部件的低温制冷设备，它利用气体的周期性压缩和膨胀来传递热量，从而实现制冷。这种制冷机由于没有机械运动部件，具有寿命长、可靠性高、维护成本低的优点。 2. 液氦温区: 液氦温区通常指的是4K以下的温度范围，这是超导技术和某些科学研究中常见的低温环境。在这个温度下，氦气会液化，能够提供极低的冷却温度。 3. 高频特性: 在文中，高频特性是指脉管制冷机在较高工作频率下的运行表现。高频可以提高制冷效率，但可能会带来其他问题，如气体流动的非线性效应和设备的动态响应。 4. 预冷型设计: 预冷型脉管制冷机通过一个预冷却系统将气体预先冷却到接近目标温度，然后再送入脉管制冷机的主循环，以提高制冷效率和降低冷端温度。 5. 低温惯性管和低温气库: 这两者是用于调相的关键部件，它们帮助管理和控制制冷剂的流动和相变，以确保制冷机在高频下稳定工作。 6. 工作参数的影响: 实验研究了工作频率、平均充气压力、预冷温度和输入功率对制冷机性能的影响。这些参数的调整可以优化制冷机的性能，使其在特定工况下达到最佳冷却效果。 7. 回热器: 回热器是脉管制冷机中的重要组件，它通过热交换使压缩过程和膨胀过程的气体不混合，提高制冷效率。 8. 氦-4作为工质: 氦-4是一种常用的低温制冷工质，因其在极低温度下的优良物理性质，如低饱和蒸汽压和低粘度，适合在液氦温区应用。 通过以上分析，我们可以看出这篇论文深入研究了高频脉管制冷机在液氦温区的工作原理和优化策略，为低温制冷技术的发展提供了重要的理论支持和实验数据。