詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外仪低温制冷系统的流程分析及优化-论文.pdf

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1、2014年第4期低温工程NO．420l4总第200期CRY0GENICSSumNO．200詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外仪低温制冷系统的流程分析及优化刘东立陶轩孙潇甘智华(浙江大学能源工程学系制冷与低温研究所杭州310027)摘要：针对詹姆斯·韦伯太空望远镜的中红外仪冷却系统中J—T节流循环的热力学计算分析结果表明，适当地降低末级预冷温度、提高压比和提高末级间壁式换热器效率是J—T节流循环制冷性能提升的关键。考虑该复合型低温制冷机的整机效率，结合当前脉管制冷机和驱动J—T节流循环的线性压缩机的性能水平，探讨了预冷温度和J．T节流循环压力的优化方法。计算结果表明优化后的预冷温度和

2、J．T节流循环压力使复合型低温制冷机的性能高于原预冷温度和J—T节流循环压力下性能的计算值，实际具体的脉管制冷机和J．T节流循环压缩机性能是实现准确优化的必要条件。关键词：太空望远镜中红外仪复合型低温制冷机J—T节流脉管制冷机中图分类号：TB651文献标识码：A文章编号：1000—6516(2014)04-0005—06AnalysisandoptimizationofMIRIcryogenicsystemonJamesWebbSpaceTelescopeLiuDongliTaoXuanSunXiaoGanZhihua(InstituteofRefrigerationandC

3、ryogenics，DepartmentofEnergyEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Ahybridcryocoolerconsistingofathree-stagepulsetubecryocoolerandaJ-TcryocoolerwasemployedastheMIRIcryogenicsystemintheJamesWebbSpaceTelescope．BasedontheJ-Tloopofthehybridcryocooler，thethermodynamiccalcul

4、ationresultsshowthattheappropriatelowerprecoolingtemper—ature，higherpressureratioandhigherrecuperatoreffectivenessarethekeystoimprovetheperformanceoftheJ-Tloop．Takingtheoveralleficiencyofthehybridcryocoolerintoaccount，theoptimizationofprecoo—lingtemperaturesandpressuresoftheJ-Tloopisdiscuss

5、edreferringtothecurrentleveloftheperformancebothofthepulsetubecryocoolersandthelinearcompressorsoftheJ-Tloops．Theoptimizedprecoolingtemperatureandpressurescanmakethetheperformanceofthehybridcryocooerbetterthanthatcalculatedfromtheoriginparameters．Theactualperformanceofthepulsetubecryocooler

6、andtheJ-Tcompressorisarequirementforaccurateoptimization．Keywords：spacetelescope；mid—infraredinstrument；hybridcryocooler；J—T；pulsetubecryocooler收稿日期：2014~2—19；修订日期：2014-04—24基金项目：国家自然科学基金(51176165)。作者简介：刘东立，男，25岁，博士研究生；甘智华，男，42岁，博士、教授，gan—zhihua@zju．edu．cn6低温工程立热力学模型，探讨流程参数对J．T节流循环制冷性能的影响及整

7、机性能的优化方法，旨在为中国空间用美国1995年10月启动并计划延迟至2018年发深低温制冷技术的发展提供借鉴。射升空的下一代太空望远镜——詹姆斯·韦伯太空2系统流程望远镜(JamesWebbSpaceTelescope，简称Jw—ST)。，主要由主镜以及精细导星感测器、近红外摄该复合型低温制冷机最终流程方案如图1所示，像机、近红外光谱仪和中红外仪(Mid—In~aredInstru—图中1—14代表各个计算节点。图2为该制冷机J．Tment，简称MIRI)4台科学仪器组成。其中，前3台仪节流循环的温熵