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回热式低温制冷机巨永林上海交通大学制冷与低温工程研究所机动大楼412室yju@sjtu.edu.cn,021-34206532主要内容¾研究背景和意义¾回热式制冷循环¾回热式低温制冷机¾斯特林制冷机¾脉管制冷机¾热声驱动制冷机¾问题和发展趋势第一部分:研究背景和意义LNGAcceleratorsAirliquefaction&FusionLiquidTransmissionH2lines1TJVacuumLarge-H2OcryotrapssizeTransformersFCL1GJMid-sizeGeneratorsSMES,Mag.Sep.,SMESMRIMotorsCryopumpsFCLMaglevBearingsCryosurgeryMRI1MJWirelessMicro-SMESO2&CHH2ZBOIRZBOLTSNbNelectronicsElect.IRIRHTSSQUIDsTEMPERATURE(K)低温制冷技术分类Joule-ThomsonSolidLiquidSupercriticalStoredGasStoredCryogenHighpressureAmbientpressureAmbienttemp.LowtemperatureOpenCycleCryogenicRefrigerationClosedCycleDynamicCryocoolerStaticRadiatorRegenerativeRecuperativeSorptionJoule-ThomsoncompressorValvesValvelessBraytonClaudeSolidstateStirlingMagneticGifford-McMahonVuilleumierThermoelectricPulsetubePulsetubeLaser低温制冷机获得和维持低温的机械由于简单、方便灵活得到了重视和迅速发展。它省去了低温液体储运、充注等麻烦，已在很多方面获得应用机械式制冷，混合工质节流制冷，热声制冷机，吸附制冷，辐射制冷，半导体制冷，磁制冷，激光制冷等低温制冷机应用研究背景国防和军事(红外制导，预警，军事夜视装置，红外探测器，γ-射线探测仪等)空间技术(卫星遥感遥测，红外探测仪等)资源环境(大气，地质，矿物资源探测，环境检测)商业(低温泵，LNG，磁悬浮，半导体器件，低温光电子器件，高低温超导器件，超导计算机等)医学(液氧，超导MRI，SQUID磁强计，农业和生物组织低温保存，器官移植，低温外科等)科研(液氮，液氦杜瓦，低温恒温器，高低温超导科学仪器，大科学工程中的低温制冷系统等)低温制冷机应用研究背景（续）空间遥感遥测，高低温超导器件迅速发展的推动空间用小型制冷机起源于60年代美国的太空探测计划，由于空间飞行器的特殊性，制冷机必须在可靠性和寿命、效率和能耗、体积和重量、振动等方面满足严格的飞行器有效载荷的限制适合空间技术用的制冷机只有少数几种，按研发、应用的时间顺序，主要有：被动式辐射制冷机、开式及闭式J-T制冷机、Stirling制冷机、逆Brayton循环制冷机，脉管制冷机第二部分:回热式制冷循环¾热机（发动机和制冷机）¾热力学原理和工作特点热机简介最基本的热机有两类：发动机和制冷机THTHQHQHWWEngineRefrigeratorQCQCTCTC(a)发动机(b)制冷机热力学原理热力学第一，二定律规定了能量平衡关系与热功转换效率的上限热力学第一定律:Qh−Qc=WWTh−Tc热力学第二定律:η=≤=ηCarnot发动机QhThQcTcCOP=≤=COPCarnot制冷机WTh−TcηCarnot是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在T-S图上COPCarnot由两个等温过程和两个等熵过程组成的，具有最高的热力学完善度。但实际循环不可能是完全可逆的，而且实际工质的性质也不适合采用卡诺循环回热式热力循环（理想）回热式热力循环：在T-S图上由两个回热过程代替卡诺循环的两个等熵过程。如果回热过程是定容的，则为Stirling循环，回热过程是定压的，则为Ericsson循环TTh22'2''11'1''sVpsVpTc34s回热式热力循环（理想）CarnotStirlingEricssonTT0TT0TT0V2PV12P1TcTcTcSSSBr
