毕业论文（设计）液氮温区千瓦级斯特林制冷机实验研究

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1、液氮温区千瓦级斯特林制冷机实验研究摘要：斯特林制冷机具有效率高、冷却速率快、制冷温度范围广等优势，且制冷量可以覆盖于瓦级，在大冷量应用场合具有非常好的发展前景。本文搭建了一台曲柄连杆驱动的整体式大冷量斯特林制冷机，对制冷性能进行了测试，并得到了室温端换热器换热量、回热器轴向温度分布以及压缩腔压比的变化情况。该结果为制冷机的优化以及实际应用提供了指导。实验发现，制冷机可在2.4min内降至77K,在平均压力为2.45MPa时获得了1048W@77K的制冷性能，充分展示了该制冷机在高温超导和小型低温液化领域的应用前最。关键词：斯

2、特林制冷机；回热器；高温超导；液化ExperimentalStudyonKilowatt-ClassStirlingCryocoolerWorkingonLiquidNitrogenTemperatureQIAOXin,XUYa,ZHANGNing,SHENQie,SUNDarning(InstituteofRefrigerationandCryogenics,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract：Stirlingcryocoolersarepromisingint

3、hefieldsdemandinglargecoolingcapacityfortheiradvantages,suchashighcoolingcapacity,highefficiency,wideoperatingtemperaturerangeandfastcool-downprocess.Asingle-stagehighcoolingcapacityStirlingcryocoolerdrivenbyacrank-rodmechanismwasbuilt.Thecoolingperformanceofthecry

4、ocoolerwasinvestigated.Theheatrejectionfromtheambientheatexchanger,theaxialtemperaturedistributionoftheregeneratorandthepressureratiointhecompressionspacewerestudiedexperimentally・Theseresultsprovidetheimportantrefereneeforfurtheroptimizationandpracticalapplication

5、.Thecryocoolertook2.4mintoreach77K,andacoolingpowerof1048Wat77Kwasachieved・ItshowsbroadapplicationprospectsoftheStirlingcryocoolerincoolingHTSdevicesandsmallscalegasliquefaction.Keywords:Stirlingcryocooler;regenerator;HTS;liquefaction0引言1986年的高温超导材料的出现，将超导应用从临界温度23

6、.3K⑴推至液氮温区。高温超导线对以应用在输电线、限流器、变压器、发动机、发电机以及超导磁储能磁体方基金项目：受国家口然科学基金项目（51276156）的资助。面⑵。高温超导设备通常需要在液氮温区能够提供百瓦至千瓦冷量的低温设备来冷却。目前在液氮温区应用最广泛的大冷量低温制冷机主要包括GM制冷机、脉管制冷机以及斯特林制冷机。GM制冷机，多用于获取较低的制冷温度，但由于其制冷量有限，且效率较低，冷端振动较大，工艺要求和成本饺高，维修周期较短，存在一定的局限性⑶。脉管制冷机取消了低温端的运动部件，可靠性较高，但是由于在大尺寸条件

7、下存在不均匀流动和换热的现象⑷，导致了实际效率较低。斯特林制冷机按驱动方式可以分为自由活塞斯特林制冷机和曲柄连杆斯特林制冷机。自由活塞斯特林制冷机结构紧凑，能够减少振动和工质污染，但是发展技术还不成熟，li前国内对液氮温区大冷量自由活塞斯特林制冷机的研究较少⑸。曲柄连杆机构驱动的整体式斯特林制冷机具有效率高、冷却速率快、制冷温度范围广等特点，且制冷功率范围可覆盖至千瓦级，技术成熟、成本低，广泛应用于高温超导领域、BOG的回收⑹以及LNG的液化领域。荷兰的斯特林公司研制的SPC-01171型号的斯特林制冷机，是目前已经报道过的

8、最高效的商用斯特林制冷机，在80K时能够提供1050W制冷量。本课题组长期致力于曲柄连杆驱动的大冷量斯特林制冷机的研究之前已经报道的结果屮，在充气压力为1.65MPa时，可在4.8min内降至液氮温度，并在力K获得了636W的制冷本文在前期的制冷机研究基础上，针对制冷模块进行了结构参数优化