• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2018, Vol. 54 ›› Issue (6): 175-181.doi: 10.3901/JME.2018.06.175

• 可再生能源与工程热物理 • 上一篇    下一篇

13 W@80 K空间大冷量脉冲管制冷机的模拟设计与试验验证

王乃亮1,2, 赵密广1, 陈厚磊1, 梁惊涛1, 蔡京辉1   

  1. 1. 中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室 北京 100190;
    2. 中国科学院大学 北京 100049
  • 收稿日期:2017-02-19 修回日期:2017-08-25 出版日期:2018-03-20 发布日期:2018-03-20
  • 通讯作者: 赵密广(通信作者),男,1979年出生,博士,研究员。主要研究方向为脉冲管制冷。E-mail:mgzhao@mail.ipc.ac.cn
  • 作者简介:王乃亮,男,1989年出生,博士研究生。主要研究方向为脉冲管制冷。E-mail:wangnl@mail.ipc.ac.cn
  • 基金资助:
    国家基础研究发展计划(613322)和国家重点研发计划(2016YFB0500500,2016YFB0500501)资助项目。

Simulation and Experimental Verification of a 13 W@80 K High Capacity Pulse Tube Cryocooler to be Used in Space

WANG Nailiang1,2, ZHAO Miguang1, CHEN Houlei1, LIANG Jingtao1, CAI Jinghui1   

  1. 1. Key Laboratory of Space Energy Conversion Technologies, Technical Institute of Physics and Chemistry, CAS, Beijing 100190;
    2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049
  • Received:2017-02-19 Revised:2017-08-25 Online:2018-03-20 Published:2018-03-20

摘要: 目前,空间红外探测领域对80 K温区的冷量需求越来越大,然而为其提供冷源的大冷量的空间脉冲管制冷机相对缺乏。为了提高空间脉冲管制冷机的制冷量,基于Sage平台,建立大冷量的同轴型脉冲管制冷机的整机模型,通过模拟计算,对制冷机的蓄冷器尺寸、脉冲管尺寸、惯性管调相与导流结构等进行设计。依据设计结果,加工了同轴型脉冲管制冷机的冷指,并通过试验研究了调相机构、充气压力、热端导流结构、蓄冷器丝网目数、输入电功率等因素对脉冲管制冷机的影响规律。将试验与模拟结果进行对比,两者具有较好的一致性,从而验证了该大冷量脉冲管制冷机整机模型的准确性。研制出的制冷机在输入电功功率为300 W,热端温度为300 K时,在80 K获得了13 W的制冷量,相对卡诺效率可以达到11.9%。且该工程样机已应用到空间项目中。

关键词: 80 K, 大冷量, 空间, 脉冲管, 模拟

Abstract: With the development of space technology, the infrared detectors have urgent demands on the high capacity cryocooler at 80 K. Aiming at improving the cooling power, a high capacity coaxial pulse tube cryocooler model with the Sage is built, and the size of the regenerator, pulse tube and the combinations of inertance tubes are optimized. Then, an entire pulse tube cryocooler is designed, manufactured and tested. And it turns out to be that the experimental results are very close to the analytical results. At present, this coaxial pulse tube cryocooler is able to provide cooling power of 13 W at 80 K with the input electrical power of 300 W, and achieves around 11.9% of Carnot efficiency at 80 K.The engineering prototype has been developed for a space program.

Key words: 80 K, high capacity, pulse tube, simulation, space

中图分类号: