期刊信息
曾用名:量子电子学
主办:中国光学学会基础光学专业委员会;中国科学院合肥物质科学家研究院
主管:中国科学院
ISSN:1007-5461
CN:34-1163/TN
语言:中文
周期:双月
影响因子:0.365217
数据库收录:
文摘杂志;北大核心期刊(2000版);北大核心期刊(2004版);北大核心期刊(2008版);北大核心期刊(2011版);北大核心期刊(2014版);北大核心期刊(2017版);化学文摘(网络版);中国科学引文数据库(2011-2012);中国科学引文数据库(2013-2014);中国科学引文数据库(2015-2016);中国科学引文数据库(2017-2018);中国科学引文数据库(2019-2020);日本科学技术振兴机构数据库;中国科技核心期刊;期刊分类:无线电电子学;物理学
期刊热词:
学术活动_第十三届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集
两级独立预冷的液氦温区小型制冷系统热力学分(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】表4给出了一级预冷温度为80 K,高压压力为1.5 MPa,质量流量为9 mg/s时不同二级预冷温度对应的一、二级预冷量。与表3相比高压压力提高,一、二级预冷氦
表4给出了一级预冷温度为80 K,高压压力为1.5 MPa,质量流量为9 mg/s时不同二级预冷温度对应的一、二级预冷量。与表3相比高压压力提高,一、二级预冷氦气的预冷量均随之增加,二级预冷氦气的预冷量增加20~30 mW。稳定工况时,蒸发器与节流装置工作在4 K温区,存在一定的漏热,并未包含在一级、二级漏热量中。针对4 K温区部件进行漏热量计算,漏热量小于0.01 mW。此时一级预冷量为2.09~2.11 W,二级预冷量为0.14~0.20 W。
将分析结果作为搭建两级预冷节流装置实验系统的依据,根据一二级所需预冷量选取两级预冷制冷机,根据所需的压比及流量范围采用大压比线性压缩机组。
表4Tpre1=80 K、ph=1.5 MPa、m?=9 mg/s时不同二级预冷温度对应的一、二级预冷量Tab.4 Changes of precooling powers(1thand 2nd)withTpre2whileTpre1=80 K,ph=1.5 MPa,m?=9 mg/s二级预冷温度18 K级别一级20 K 22 K二级一级二级一级二级氦气预冷冷量/W 0.316 0.181 0.316 0.167 0.316 0.154漏热量/W 1.786 0.011 1.786 0.011 1.786 0.011总预冷量/W 2.102 0.192 2.102 0.178 2.102 0.165
3 实验测试系统及初步测试性能
该实验测试系统采用一台单级脉管制冷机为JT管路提供一级预冷,采用另一台两级脉管制冷机提供二级预冷(中科院理化所戴巍研究员团队和中科力函公司研制)。并采用三台直流线性压缩机串联为JT流路提供循环氦工质流(一级压缩机出口连接二级压缩机入口,二级压缩机出口连接三级压缩机入口,实现三级串联),三级压缩机可以在较大范围内实现压比调节,便于进一步开展后续详细研究。JT侧包括三级逆流换热器、两级预冷换热器、节流小孔、蒸发器等部件。该实验系统安装布置示意图如图5所示
图5 实验系统安装布置示意图Fig.5 Schematic diagram of the experimental system
首先对一二级预冷制冷机性能进行单独测试,该单级脉管制冷机在70 W左右输入功率,60~100 K分别可以提供0.5 W到3.5 W冷量;两级脉管可以在330 W左右输入功率下,当第一级约70 K时,在20 K提供约250 mW的冷量,如图6和图7所示。对比理论分析,所采用的预冷制冷机可以满足JT循环预冷需求。
图6 单级脉管性能曲线Fig.6 Cooling performance of the 1thPTR
图7 两级脉管二级性能曲线Fig.7 Cooling performance of the 2ndPTR
将上述两台脉管制冷机分别与JT制冷机的预冷级耦合,并采用有阀线性压缩机组作为JT循环驱动源,搭建实验测试平台,其测试系统与文献[20]相似,初步测试得到的制冷性能如表5所列。
表5 4 K制冷性能Tab.5 Cooling performance at 4 K压比13.4 7.6制冷温度/K 4.18 4.70制冷量/mW 12.4 24.0
调节三级压缩机及预冷制冷机,当压比为13.4,一级预冷温度为97.0 K,二级预冷温度为23.0 K时,在4.18 K下可以获得12.4 mW制冷量;调节工况至压比为7.6,一级预冷温度为79.2 K,二级预冷温度为19.7 K,可以在4.70 K下获得24.0 mW制冷量。压比发生变化时,闭式系统中预冷机工况也随之变化。因此在闭式实验研究中,直流线性压缩机与预冷机之间的匹配至关重要,有待进一步明确。
4 结论
对两级预冷的液氦温区JT循环进行热力学分析,计算不同预冷状态下的制冷性能,定量给出循环中所需的预冷量及漏热量,并据此选取合适的两级脉管制冷机。初步实验测试结果表明,该制冷机在压比分别为13.4和7.6时,可获得12 K或24 K的制冷性能。
5 致谢
衷心感谢浙江大学甘智华教授团队的指导,感谢中国科学院理化技术研究所戴巍研究员、王晓涛副研究员的帮助,感谢中科力函公司的帮助,感谢西湖大学刘东立博士的支持。
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文章来源:《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/qikandaodu/2021/0301/514.html
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