基于斯特林制冷技术的低温冰箱的设计与实验研究

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1、硕士学位论文基于斯特林制冷技术的低温冰箱的设计与实验研究作者姓名：庄禾指导教师:徐红艳研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学硕士学科专业:制冷及低温工程培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权

2、使用声明本人完全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日DesignandExperimen

3、talResearchofaLow-TemperatureRefrigeratorBasedonStirlingRefrigerationTechnologyAThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringinRefrigerationandCryogenicEngineeringByHeZhuangSupervisor:Profe

4、ssorXuHongyanShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsChineseAcademyofScienceJune2018摘要摘要自人类第一次试图运用低温环境对研究中使用的材料进行存储至今已经有200多年的历史了。过去的数十年中，随着甘油、二甲基亚砜等优秀的低温防冻剂逐渐被人们发现并大规模地使用，低温贮存技术已经在生物学、医学、食品学等领域中得到了大量的研究和应用。近年来各个领域的研究中对低温贮存装置的要求越来越高，不仅需要更低、更精确、调整范围更大的存储温度，还从节能和环保等方面对低温贮存装置提出了新的要求

5、。基于斯特林循环的制冷技术由于其制冷效率高、制冷工质环保无污染、制冷温区广且灵活易调等优点，以及近年来随着研究的深入而逐渐降低的技术成本和生产成本，成为了一种应用于低温贮存装置上的新型冷源。本文根据小型低温贮存装置的一般设计方法结合实际要求设计并研制出一台使用斯特林型脉管制冷系统作为冷源、容积为2L的小型低温冰箱。本文中主要针对低温冰箱的箱体和箱门的保温层、箱门和箱体间的密封装置、制冷系统选型以及对应的散热结构、实现低温冰箱基本功能的电控系统以及各个系统间的耦合结构进行了详细的介绍。为了全面地研究自主设计的低温冰箱内空气温度场和流场的分布情况，

6、本文还建立了基于三维有限空间内稳态自然对流换热问题的数学和物理模型，使用FLUENT对低温冰箱箱体保温层与箱内空气构成的整体的温度场和流场进行了有限元分析。与此同时，为了今后完善低温冰箱内防凝露措施的设计和优化，本文还采用FLUENT与UDF相结合的方法对低温冰箱降温过程初期箱体内壁面附近水蒸气的凝结现象进行了数值模拟与分析。本文还搭建了相应的测温实验平台对斯特林型脉管制冷系统的制冷能力，低温冰箱整机的降温性能，箱内温度分布情况进行了实验测试。最后根据实验测试的结果与仿真结果的对比分析，提出了造成该低温冰箱性能不如设计指标的主要原因并通过修正模

7、型后的数值模拟结果与实验结果的对比进行了初步验证。关键词：低温冰箱，斯特林型脉管制冷系统，稳态温度场，凝露现象，数值模拟Ⅰ基于斯特林制冷技术的低温冰箱的设计与实验研究IIAbstractAbstractIthasbeenmorethan200yearssincethecryo-preservationfirstappliedtobasecollection.Inthepastfewdecades,cryo-preservationhasbeenwidelyresearchedandusedinbiology,medicine,bromatolo

8、gyandotherfieldswiththediscoveryandusageofglycerin,DMSOandotherantifreezes.