邓伟峰, 蒋珍华, 刘少帅, 张安阔, 吴亦农

化工学报 2019, 70 (1): 107-115. DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20180307

摘要（397）

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设计了一台名义制冷量为50 W/170 K的大冷量脉管制冷机，采用对置活塞式动磁线性压缩机驱动，冷指的蓄冷器和脉管部件为同轴布置，采用惯性管-气库组合的被动调相机构。根据电磁-机械-声耦合场原理，建立了脉管制冷机动力学模型，对负载下的压缩机特性进行了动态仿真。为达到整机的谐振状态，对压缩机质量-弹簧系统进行了调整。整机质量（不含电控部分）小于12 kg。在230 W输入电功下，能够获得50 W/170 K的制冷性能，电机效率92.7%，整机比卡诺效率16.5%。150～200 K温区范围内制冷机比功（输入电功/制冷量）小于5 W/W，额定输入功下，200 K温区能够获得90 W的最大制冷量，该制冷机可以用于航天大型红外焦平面阵列的冷却，同时为-60～-20℃制冷温区的商业低温冰箱低温冷源的选择提供了参考。

图8和图9分别为运行频率30~80 Hz范围内压缩机在50 W/170 K和30 W/150 K制冷性能下电流和活塞行程的变化曲线，可以看到，50 W/170 K下，压缩机运行在68 Hz时，电流最小；71 Hz时，活塞行程最大。当频率偏离68~71 Hz范围时，电流增大，活塞行程减小，而动态仿真模拟得到的压缩机电流最小和活塞行程最大对应的频率比实验结果偏低，且30 W/150 K制冷性能下具有类似的规律，这是因为联合仿真中对活塞表面的气体力进行了负载线性化处理，而与制冷机实际阻抗存在一定的偏差，但是从模拟值和实验值的曲线对比可以看出，两者的吻合度仍然较好，相对误差在5%以内，因此该热动力联合仿真平台对制冷机整机的工程研发仍具有一定的指导意义。