[发明专利]与直线压缩机最优匹配的惯性管型脉冲管冷指的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及制冷与低温工程领域，特别涉及一种与直线压缩机最优匹配的惯性管型脉冲管冷指的设计方法。

背景技术

脉冲管制冷机是回热式低温制冷机的一次重大革新，它取消了广泛应用于常规回热式低温制冷机(如斯特林和G-M制冷机)中的冷端排出器，实现了冷端的低振动、低干扰和无磨损；而经过结构优化和调相方式上的重要改进，在典型温区，其实际效率也已达到回热式低温制冷机的最高值。这些显著优点使得脉冲管制冷机成为近30年来低温制冷机研究的一大热门，在航空航天、低温电子学、超导工业和低温医疗业等方面都获得了广泛的应用。

根据驱动源的不同，又将脉冲管制冷机分为由直线压缩机驱动的高频脉冲管制冷机和由G-M型压缩机驱动的低频脉冲管制冷机两种。航天及军事等领域应用的脉冲管制冷机，因为对重量和体积有着非常严格的限制，一般都采用轻量化高频运转的直线压缩机，压缩机的工作频率通常都在30Hz以上。由直线压缩机驱动的高频脉冲管制冷机由于结构紧凑、重量轻、体积小、效率高、运转可靠、预期寿命长等突出优点，已逐渐成为航天红外器件冷却的最热门机型之一。

压力波和质量流之间的相位差是回热式低温制冷机产生制冷效应的关键参数。在脉冲管制冷机中，实现压力波和质量流之间的相位差的相位调节方式有多种，如小孔、气库、双向进气、多路旁通、对称喷嘴和非对称喷嘴等等，而20世纪90年代中期发展起来的惯性管则因为调相范围宽、效率高、潜力大、性能稳定可靠等突出优点，在强调性能稳定可靠的航空航天及军事领域，成为脉冲管制冷机相位调节方式的主流形式。

高频脉冲管制冷机的结构可以粗略地划分为两大部分：一、作为驱动源的直线压缩机，二、除压缩机之外的其余部分统称为脉冲管冷指。两者之间的匹配在优化压缩机效率以及提高制冷机整机制冷性能方面均有非常重要的意义。而与直线压缩机最优匹配的惯性管型脉冲管冷指的设计方法，目前尚未见系统深入的探讨。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种与直线压缩机最优匹配的惯性管型脉冲管冷指的设计方法。

本发明的目的在于，提供一种与直线压缩机最优匹配的惯性管型脉冲管冷指的设计方法，通过该方法能够合理设计惯性管型脉冲管冷指，实现与已有直线压缩机的最优匹配，从而大幅度提高脉冲管制冷机整机的制冷性能，促进高效惯性管型高频脉冲管制冷机的实用化发展。

该设计方法包括以下步骤：

步骤一：惯性管型高频脉冲管制冷机包括直线压缩机1，连管2，级后冷却器3，蓄冷器4，冷端换热器5，脉冲管6，热端换热器7，惯性管8，气库9；其中连管2，级后冷却器3，蓄冷器4，冷端换热器5，脉冲管6，热端换热器7，惯性管8以及气库9组成了脉冲管冷指10，直线压缩机1和脉冲管冷指10通过连管2相连接；根据电路类比模型，高频脉冲管制冷机中的压力被等效为电动势，体积流率被等效为电流，流阻，流容以及惯性被分别等效为电路中的电阻，电容和电感，整个高频脉冲管制冷机冷指可以等效成为交流电路；

步骤二：测量给定直线压缩机1中磁体的磁场强度，活塞的面积，活塞的机械阻尼，线圈的长度，线圈的电阻，板弹簧的轴向刚度以及动子质量的大小，直线压缩机1与脉冲管冷指10匹配后的电机效率的表达式为：