緊湊型兩級GM制冷機(jī)實驗測試及性能優(yōu)化.pdf

1、低溫真空泵通過低溫冷凝和低溫吸附的方式獲得真空環(huán)境，其抽速大、極限真空度高、使用方便、工作穩(wěn)定，能夠獲得清潔的真空環(huán)境，使得應(yīng)用場合日益擴(kuò)大。Gifford-Mcmahon制冷機(jī)(簡稱GM制冷機(jī)) 由于結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作低溫真空泵的冷源。隨著低溫泵在半導(dǎo)體成膜工業(yè)和光學(xué)透鏡涂層等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對GM制冷機(jī)的制冷溫度和制冷量提出了更高的要求，希望獲得滿足工業(yè)生產(chǎn)要求的相應(yīng)規(guī)格的兩級GM制冷

2、機(jī)。本文在實驗樣機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和實驗研究，設(shè)計開發(fā)出滿足性能要求的結(jié)構(gòu)緊湊型兩級GM制冷機(jī)，其制冷性能如下：一級最低制冷溫度41.8K，二級冷頭最低制冷溫度7.2K，12K時獲得4.3W制冷量。本文著重進(jìn)行以下幾方面的理論和實驗研究，取得了一定的進(jìn)展和成果。 (1)分析了GM制冷機(jī)的工作原理和理論制冷循環(huán)過程，以及在制冷循環(huán)過程中氦氣的狀態(tài)變化。在原有實驗樣機(jī)的基礎(chǔ)上，對GM制冷機(jī)進(jìn)行了熱力計算。運(yùn)用熱力學(xué)理論詳細(xì)

3、地計算了GM制冷機(jī)的理論制冷量，以及在實際制冷循環(huán)過程中產(chǎn)生的示功圖損失、回?zé)崞鲹p失和穿梭損失等主要冷量損失，分析了各種參數(shù)對制冷性能的影響，確定了制冷機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸，并為具體的實驗研究指明了途徑。 (2) 自主設(shè)計和搭建了兩級GM制冷機(jī)的實驗平臺，建立了制冷溫度測量系統(tǒng)和制冷量測量系統(tǒng)。采用精度良好的溫度傳感器精確測量制冷溫度；利用熱平衡原理，通過冷頭上粘貼的加熱片的發(fā)熱功率來間接獲得制冷量。 (3) 針對常規(guī)蓄冷填料和