空间用液氦温区长寿命高效节流制冷机理研究
结题报告
批准号:
51176165
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
甘智华
依托单位:
学科分类:
E0601.工程热力学
结题年份:
2015
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵胜颖、张权、曹强、吴英哲、周文杰、王龙一、王博、袁园
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中文摘要
液氦温区低温制冷技术在空间探测、国防军事、低温超导、能源、医疗等涉及国计民生等方面具有广泛的应用潜力。大部分探测器在液氦温区(或更低温度)下工作可获得高的敏感度和分辨率,而研制紧凑高效轻量长寿命的液氦温区低温制冷技术成为空间探测的根本保障!相比携带液氦或超流氦的杜瓦方式和吸附压缩驱动方式,本项目提出的大压比线性压缩机驱动的高效JT节流制冷方案具有体积小重量轻长寿命的潜在优势,但相比于国外正在兴起的主动式液氦温区制冷技术,我国无论在理论上还是在实验上都处于起步阶段,亟需发展。为此本项目将着重研究:1)长寿命大压比线性压缩机驱动源研究;2)空间高效节流制冷机理研究;3)高效预冷和传热方法研究;4)液氦温区预冷型JT制冷机整机研制。本项目的研究成果将为最终研制出满足空间应用特点的液氦温区低温制冷整机奠定基础,以满足国家中长期空间探测计划的顺利实施,并贮备相应的人才队伍。
英文摘要
液氦温区低温制冷技术在空间探测、国防军事、低温超导、能源、医疗等涉及国计民生等方面具有广泛的应用潜力。大部分探测器在液氦温区(或更低温度)下工作可获得高的敏感度和分辨率,而研制紧凑高效轻量长寿命的液氦温区低温制冷技术成为空间探测的根本保障!相比携带液氦或超流氦的杜瓦方式和吸附压缩驱动方式,本项目提出的大压比线性压缩机驱动的高效JT节流制冷方案具有体积小重量轻长寿命的潜在优势,但相比于国外正在兴起的主动式液氦温区制冷技术,我国无论在理论上还是在实验上都处于起步阶段,亟需发展。.文献调研:.系统总结国内外空间液氦温区机械式制冷技术的关键参数及发展趋势。综述液氦温区高频脉管制冷技术的发展现状和研究进展。指出以上技术在空间应用领域的重要性,提炼了关键科学问题。.JT节流制冷机理论计算和实验研究:.1)通过热力学模拟计算得预冷温度、压力及换热器效率对制冷机性能的影响,并以此设计并搭建了液氦温区JT节流制冷机实验台,获得的开式循环实验最佳稳定工况为:预冷温度10 K,氦气流量10 mg/s,制冷量120 mW@4.5 K。同时发现其对氦工质的高纯要求超出了我们目前的一些认知。.2)研制动磁式有阀线性压缩机,单级压比达3比1。证明JT压缩机与斯特林型制冷机的压缩机除进排气阀外,其原理相同。.3)提出末级间壁式换热器新结构,通过改变流量分布,使制冷机能在小压比下获得较大制冷量,对制冷机的小型化、轻量化有较大意义。.回热式制冷机的理论与实验研究:.1)理论推导得到压缩机各参数与声阻抗之间的关系式,对压缩机输出PV功及其转换效率进行优化,并实验验证,为线性压缩机与制冷机之间的阻抗匹配提供依据。.2)数值计算和实验结果表明,惯性管低温下调相效果更佳,是解决小声功调相困难的有效技术途径之一。 .3) 讨论了回热器的优化设计流程,给出了回热器中各个参数对制冷效率的影响关系图,对常用温区及频率的单级高频回热器进行了优化计算,为回热器设计提供指导。.需要进一步深入的工作:.1)JT制冷机开式循环改为闭式循环的工作亟需开展;.2)具有本征长寿命的无油线性电机驱动的大压比JT压缩机的研制工作开展得远远不够;.3)线性压缩机驱动的高性能回热式低温制冷机(预冷侧)的研制工作仍需深入开展,特别是在高可靠性方面;.4)新的原理新的流程需要进一步探讨。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2014
期刊:低温工程
影响因子:--
作者:汪伟伟;王龙一;陶轩;刘碧强
通讯作者:刘碧强
DOI:--
发表时间:2012
期刊:浙江大学学报(工学版)
影响因子:--
作者:王博;刘东立;王任卓;张学军
通讯作者:张学军
DOI:--
发表时间:2013
期刊:低温工程
影响因子:--
作者:刘东立;吴镁;汪伟伟;甘智华
通讯作者:甘智华
DOI:--
发表时间:2013
期刊:低温工程
影响因子:--
作者:王龙一;宋豫京;甘智华;吴亦农
通讯作者:吴亦农
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Progress in Aerospace Sciences
影响因子:--
作者:Wang, B.;Gan, Z. H.;
通讯作者:
量子计算用液氦温区分离型脉管高效制冷机理研究
  • 批准号:
    LZ22E060003
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    甘智华
  • 依托单位:
液氮温区脉动热管运行机理及加热方式与接触角的影响研究
  • 批准号:
    51776180
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    甘智华
  • 依托单位:
空间用液氦温区高效复合型回热式低温制冷机理研究
  • 批准号:
    51376157
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    甘智华
  • 依托单位:
百千赫兹交变流大功率密度高效回热制冷机理研究
  • 批准号:
    50876094
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    甘智华
  • 依托单位:
4K温区高频斯特林型脉管制冷机理研究
  • 批准号:
    50676081
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    甘智华
  • 依托单位:
高效率混合工质回热式低温制冷法研究
  • 批准号:
    50106013
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    甘智华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金