关于对膨胀器脉管制冷设备的分析

　　一般说来，脉管的效率是随一次有效表面热抽运所需管长而定的。而在脉管的总长度中，只有三分之一长度是有效的。另外三分之一冷的和三分之一温暖的则分别会受到冷的热交换器、温暖的热交换器以及节流孔的干扰。法国低温技术公司目前正在为提高脉管低温制冷机在80K至150K范围内的效率而广泛开展工作。以下是三项基本任务，它们包括引入一个经过腐蚀的箔制回热器，引入一个多支管结构以及使有用脉管长度*佳化，以实现典型用户要求所提出的小长度目标。

　　我们从原理上对温暖的膨胀器脉管进行了研究，以便将其用作恢复某些功的一种手段和用作扩展脉管有效长度的一种解决办法。以草图形式将进气脉管、多支管脉管以及温暖的膨胀器脉管进行了比较。经过腐蚀的箔制回热器主要被考虑用于同心形脉管设计，其箔片是绕在脉管上的。箔片是一种不锈钢薄片，为使绕片之间具有适当的压差和恒定的间隙，不锈钢薄片两侧是用一种光刻方法加工的。这种基于并行板原理的回热器可以获得较好的局部对流热传递与压差之比。

　　多支管结构相当于一种伪二级制冷器，我们研究在同心形脉管上使用多制管结构的明显理由是其设计比较简单，其次也是为了解决气体流动的对称性问题。假如我们考虑不使用节流孔进行工作，那么温暖的膨胀器脉管是有意义的，但两个压缩机运行时会产生相移，而且布置起来也比较复杂。不过，就效率而论，这种原理无疑是*佳的方法之一，这对于该用途是有意义的。

　　假定氦是一种理想的气体。计算总制冷量时，考虑了两种独立的贡献：气体整体的烙流和因与管壁热交换造成的烙流。计算内部产生表面热抽运效应的膜层厚度时，考虑到了氦的热扩散率并求解了径向瞬变热传递方程。在剩余的中心体积中，假定活塞流动是绝热的。假定压力振荡器中的压缩是绝热的，并假定脉管的暖、冷热交换器是完善的。用实验方法测定了节流孔的特性，并在计算时引入了适当的压差与质量流速的关系式。为了根据总制冷量确定净制冷功率，确定并减去了寄生贡献。计算了通过脉管和回热器的热传导以及通过回热器的热传导。精确计算了*重要的损失，即由于回热器热效率低造成的热损失。还利用压差的有关相关性确定了导致总制冷功率降低的通过回热器的压力振幅衰减。