上海交通大学：《低温系统》课程教学资源（课件讲义）第5章 低温制冷系统

第5章低温制冷系统 ◆51概述 ◆5,2斯特林制冷机 Y*53脉冲管制冷机

第5章 低温制冷系统 Š 5.1 概述 Š 5.2 斯特林制冷机 Š 5.3 脉(冲)管制冷机

5.1、概述 ◆工质:常是He或H2,整个工作过程中工质 直处于气相。 ◆目的:不以生产低温液体为目的,以提供低 温环境为目的 ◆蓄冷器:都有蓄冷器(再生器或回热器), 以它来把压缩和膨胀过程联系起来。 两类小型低温制冷机 利用气体的绝热膨胀 斯特林制冷机 维勒米尔制冷机 利用气体的绝热放气 脉(冲)管制冷机 吉福特麦克马洪制冷机 沙尔凡制冷机 返回

5.1、概述 Š 工质：常是He或H2，整个工作过程中工质一 直处于气相。 Š 目的：不以生产低温液体为目的，以提供低 温环境为目的。 Š 蓄冷器：都有蓄冷器（再生器或回热器）， 以它来把压缩和膨胀过程联系起来。 Š 两类小型低温制冷机 – 利用气体的绝热膨胀 斯特林制冷机 维勒米尔制冷机 – 利用气体的绝热放气 脉（冲）管制冷机 吉福特-麦克马洪制冷机 沙尔凡制冷机 返回

52、斯特林制冷机 ◆组成 ◆循环过程 Y8◆循环计算 在空间技术中的应用 返回

Š 组成 Š 循环过程 Š 循环计算 Š 在空间技术中的应用 5.2、斯特林制冷机 返回

52、斯特林制冷机 膨胀活塞回热器压缩活塞 正 n r 冷腔b热腔 1组成 回热器R、冷却器A、冷量换热器C 两个汽缸、两个活塞 冷端换热器处有运动部件

5.2、斯特林制冷机 Š1 组成 回热器R、冷却器A、冷量换热器C、 两个汽缸、两个活塞 冷端换热器处有运动部件

52、斯特林制冷机 ◆2循环过程 膨胀活塞回热器压缩活塞 2 C T ①4 冷腔b热腔 过程 热交换 温度T压力P比容 12等温压缩给环境放热不变升 降 23等容放热给回热器放热降 降不变 3-4等温膨胀 从被冷空间吸不变 升 热 41等容吸热从回热器吸热 升 降升 不变

5.2、斯特林制冷机 Š 2 循环过程 过程 热交换 温度T 压力P 比容 1-2 等温压缩 给环境放热 不变 升 降 2-3 等容放热 给回热器放热 降 降 不变 3-4 等温膨胀 从被冷空间吸 热 不变 降 升 4-1 等容吸热 从回热器吸热 升 升 不变

5.2、斯特林制冷机 3循环计算 理想情况下(无漏热),斯特林制冷机的 制冷系数为 Q COP= T1(S1-S2)/(S4-S3)-73 A若工质为理想气体, COP 这与卡诺制冷机的COP相同

5.2、斯特林制冷机 3 循环计算 理想情况下（无漏热），斯特林制冷机的 制冷系数为 若工质为理想气体， 这与卡诺制冷机的COP相同。 COP Q W T Ts s s s T a net = − = − −− 3 11 2 4 3 3 ( )/( ) COP T T T = − 3 1 3

52、斯特林制冷机 4斯特林制冷机在空间技术中的应用 卫星 年代制冷量制冷温度寿命 RM-19 19701.7W 80K 6个月漏气 天空实验室 19731W 77~90K 天空实验室一3号 19831.6W 75K 1年漏气 EAS地球资源卫星 19900.5W 80K 3年 NASA 199108W 80K ISAMS-UARS 199208W 80K 7984小时 ATSR-ERS-1 19920.8W 80K 10600小时 HTSR-2 1992025W65K 10年 NASA AXAF卫星 199606W80K 日本EOS一AMI 19981.5W 70K 5年返 日本 ADEOS-I 19991.2W 70K 5万小时回

4 斯特林制冷机在空间技术中的应用 5.2、斯特林制冷机 卫星 年代 制冷量 制冷温度 寿命 RM－19 1970 1.7W 80K 6个月漏气 天空实验室 1973 1W 77~90K 天空实验室－3号 1983 1.6W 75K 1年漏气 EAS 地球资源卫星 1990 0.5W 80K 3年 NASA 1991 0.8W 80K ISAMS-UARS 1992 0.8W 80K 7984小时 ATSR-ERS-1 1992 0.8W 80K 10600小时 HTSR-2 1992 0.25W 65K 10年 NASA AXAF卫星 1996 0.6W 80K 日本EOS－AMI 1998 1.5W 70K 5年 日本ADEOS－II 1999 1.2W 70K 5万小时 返 回

5.3、脉冲管制冷机 组成 ◆2工作过程 Y◆3基本脉管制冷机的计算 ◆4各种结构脉管制冷机的发展史 ◆5脉管制冷机制冷温度的进展 返回

Š 1 组成 Š 2 工作过程 Š 3 基本脉管制冷机的计算 Š 4 各种结构脉管制冷机的发展史 Š 5 脉管制冷机制冷温度的进展 5.3、脉冲管制冷机 返回

5.3、脉冲管制冷机 23 进气 题群匚 冷却水 排气 6 1切换阀;2回热器;3冷端换热器4脉管;5水冷却器;6导流器 冷Y·1组成:压缩机、切换阀、回热器、泠端换热器、 导流器、脉管和冷却器组成 2工作过程 高压气体进入脉管,向封闭端移动,使气体受到挤压,压 力升高,温度上升; 向冷却水放热,气体T和P稍有降低; 系统内气体与气源低压侧连通,气体向气源推移扩张,气 体膨胀降压而获得低温; 切换阀再次转换使系统与气源高压侧连通,上述过程重复 循环进行。 冷端换热器处没有运动部件,有助于提高设备的可靠性

5.3、脉冲管制冷机 1 切换阀；2 回热器；3 冷端换热器 4 脉管；5 水冷却器；6 导流器 Š 1 组成：压缩机、切换阀、回热器、冷端换热器、 导流器、脉管和冷却器组成。 Š 2 工作过程 – 高压气体进入脉管，向封闭端移动，使气体受到挤压，压 力升高，温度上升； – 向冷却水放热，气体T和P稍有降低； – 系统内气体与气源低压侧连通，气体向气源推移扩张，气 体膨胀降压而获得低温； – 切换阀再次转换使系统与气源高压侧连通，上述过程重复 循环进行。 冷端换热器处没有运动部件,有助于提高设备的可靠性

5.3、脉冲管制冷机 3循环性能 脉管冷端的焓流: AC H Pu dt RT 取决于P和u1在相位上能否接近, 以及两者振幅的大小

5.3、脉冲管制冷机 3 循环性能 脉管冷端的焓流： 取决于P和u1在相位上能否接近， 以及两者振幅的大小 H AC R Pu dt c p = ∫ τ τ 1 0