小型低溫制冷機原理

前言

　　隨著空間技術、信息技術和生命科學等現(xiàn)代科學和工業(yè)技術的快速發(fā)展，對小型低溫制冷機的品種和質(zhì)量的需求正在不斷增加，廣大科技工作者對有關低溫制冷機的基本知識和各種制冷機的工作特點及應用技術了解的要求十分迫切。陳國邦教授和湯珂博士撰寫的《小型低溫制冷機原理》一書適應了廣大讀者的這種要求，在這部新書即將出版之際，特此表示祝賀?！　￡悋罱淌趶氖碌蜏刂评浼夹g的研究和教學已經(jīng)4。余年，1985年以來，他及其領導的團隊在小型低溫制冷機研究開發(fā)中做出了出色的工作，在國內(nèi)外產(chǎn)生廣泛的影響?！缎⌒偷蜏刂评錂C原理》一書即是對過去工作的全面總結(jié)和在此基礎上的拓展，將理論研究成果與研發(fā)實驗中碰到的問題進行深入的剖析，從而為研究同行們帶來新的啟迪?！　≡摃榻B了低溫制冷機的基礎知識，分析了理論低溫制冷循環(huán)的熱力學原理，探討了各種實際損失對制冷性能的影響，給出了制冷機設計方法和典型實例，論述了若干新型低溫制冷方法的開發(fā)研究進展和突出成就，指出了小型低溫制冷技術在現(xiàn)代科學技術和國防工業(yè)中的重要作用和應用要求，展示了小型低溫制冷技術的發(fā)展前景?！　≡摃鴥?nèi)容深入淺出，循序漸進，配有大量圖表和例題，以滿足普及和提高兩方面的需求；該書融人了作者多年的研究成果，在敘述小型低溫制冷機基本原理的同時，也具有很好的前沿性；該書內(nèi)容在學術上有顯著的創(chuàng)新性，在探討新型低溫制冷機原理及交變流動的低溫回熱器設計等方面具有顯著特色?！　≡摃哂泻芨叩膶W術價值和應用價值，其出版對國內(nèi)相關知識的傳播和普及起到很好的承上啟下的作用。望該書能帶給廣大讀者及時和有價值的幫助。

內(nèi)容概要

　　《小型低溫制冷機原理》介紹了小型低溫制冷機的基礎知識，分析了理論低溫制冷循環(huán)的熱力學原理，探討了各種實際損失對制冷性能的影響，給出了制冷機設計方法和典型實例，論述了若干新型低溫制冷方法的開發(fā)研究進展，指出了小型低溫制冷技術在現(xiàn)代科學技術和國防工業(yè)中的重要作用和應用要求。重點介紹了近20年來在開發(fā)采用磁性回熱材料的液氦溫區(qū)低溫制冷機、小孔型脈管制冷機和采用熱聲驅(qū)動的脈管制冷機以及交變流動的低溫回熱器設計等新型低溫制冷技術方面所取得的最新成就，展示了小型低溫制冷技術的發(fā)展前景。　　全書共分6章：第1章是小型低溫制冷機導論；第2章介紹吉福特-麥克馬洪循環(huán)制冷機；第3章介紹斯特林循環(huán)制冷機；第4章介紹脈管制冷機；第5章介紹低溫制冷機回熱器；第6章介紹間壁換熱式低溫制冷機(節(jié)流制冷器、布雷頓循環(huán)制冷機與波利斯制冷機)?！　　缎⌒偷蜏刂评錂C原理》適合從事低溫制冷技術研究開發(fā)、運行操作和營銷管理的有關技術人員閱讀參考，也可供高等院校師生作為高年級本科生、研究生和博士生的選修課教材和參考書。

書籍目錄

序言前言第1章 小型低溫制冷機導論1.1 低溫制冷機及性能參數(shù)定義1.1.1 小型低溫制冷機1.1.2 制冷溫度與制冷量1.1.3 輸入功率與制冷系數(shù)1.1.4 比質(zhì)量與預冷時間1.1.5 運行壽命1.1.6 機械振動與電磁輻射1.1.7 成本1.2 低溫制冷機分類1.2.1 按制冷溫度分類1.2.2 按制冷量分類1.2.3 按換熱器分類1.2.4 低溫制冷機流程1.3 回熱式低溫制冷循環(huán)1.3.1 卡諾制冷循環(huán)1.3.2 雷特林格循環(huán)1.3.3 洛倫茲循環(huán)1.3.4 回熱式低溫制冷循環(huán)圖譜1.4 低溫制冷機的需求與應用1.4.1 紅外器件1.4.2 低溫電子器件1.4.3 磁共振成像儀超導磁體冷卻1.4.4 低溫冷凝真空泵1.4.5 空間低溫制冷技術應用參考文獻第2章 吉福特-麥克馬洪循環(huán)制冷機2.1 G-M制冷機2.1.1 G-M制冷機的工作原理及過程2.1.2 G-M制冷機實際循環(huán)的熱力性能2.1.3 G-M制冷機的設計要點2.2 SV制冷機的制冷原理及過程2.2.1 機械驅(qū)動的SV制冷機2.2.2 氣動型SV制冷機2.3 磁性回熱材料與4K溫區(qū)低溫制冷機2.3.1 磁性回熱材料的重要性和選擇條件2.3.2 實用磁性回熱材料的比熱容和熱導率2.3.3 磁性回熱材料在G-M制冷機中的應用2.3.4 磁性回熱材料在索爾文制冷機中的應用2.3.5 關于G-M制冷機制冷量的討論參考文獻第3章 斯特林循環(huán)制冷機3.1 整體式斯特林循環(huán)制冷機3.1.1 制冷循環(huán)原理3.1.2 制冷循環(huán)計算3.1.3 實際損失3.1.4 整體式斯特林制冷機的開發(fā)與應用3.2 分置式斯特林循環(huán)制冷機3.2.1 工作原理3.2.2 熱力分析3.3 斯特林循環(huán)制冷機的基本設計參數(shù)與關鍵技術3.3.1 基本設計參數(shù)3.3.2 操作參數(shù)3.3.3 長壽命高效斯特林制冷機的關鍵技術3.3.4 故障和壽命3.4 維勒米爾制冷機3.4.1 熱力工作過程3.4.2 熱力計算3.4.3 應用參考文獻第4章 脈管制冷機4.1 基本型脈管制冷機4.1.1 結(jié)構特點4.1.2 制冷原理4.2 調(diào)相型脈管制冷機4.2.1 調(diào)相器4.2.2 制冷原理4.2.3 熱力學性能4.3 G-M型脈管制冷機4.3.1 脈管制冷機的構型及級間耦合方式4.3.2 G-M型液氦溫區(qū)脈管制冷機4.3.3 混合工質(zhì)脈管制冷4.4 斯特林型脈管制冷機4.4.1 直線電機4.4.2 直線壓縮機的支承4.4.3 調(diào)相機構4.4.4 高頻脈管制冷機的典型結(jié)構4.5 熱聲驅(qū)動器4.5.1 駐波型熱聲驅(qū)動器4.5.2 行波型熱聲驅(qū)動器4.5.3 駐波－行波級聯(lián)型熱聲驅(qū)動器4.5.4 熱聲轉(zhuǎn)換理論4.6 熱聲驅(qū)動脈管制冷機4.6.1 熱聲驅(qū)動器與脈管制冷機的匹配4.6.2 熱聲驅(qū)動脈管制冷機的典型裝置參考文獻第5章 低溫制冷機回熱器5.1 回熱器的特點及其在低溫制冷機中的應用5.1.1 低溫回熱器的基本特性5.1.2 回熱器填料的傳熱與流阻特性5.1.3 回熱器填料的熱物性5.2 回熱器的設計計算方法5.2.1 回熱器的傳統(tǒng)計算方法5.2.2 回熱器的模擬計算方法5.2.3 熱聲回熱器計算參考文獻第6章 間壁換熱式低溫制冷機6.1 節(jié)流制冷器6.1.1 節(jié)流膨脹原理6.1.2 基本型式及熱力性能6.1.3 換熱器與節(jié)流噴嘴6.1.4 節(jié)流工質(zhì)6.1.5 節(jié)流器的工作特性6.1.6 氣瓶與壓縮機6.2 超小型節(jié)流制冷器與混合工質(zhì)節(jié)流制冷機6.2.1 超小型節(jié)流制冷器6.2.2 混合氣體節(jié)流制冷6.3 布雷頓循環(huán)制冷機與波利斯制冷機6.3.1 布雷頓循環(huán)制冷機6.3.2 波利斯制冷機參考文獻

章節(jié)摘錄

　　小型低溫制冷技術在現(xiàn)代科學與工業(yè)的許多領域獲得了廣泛的應用，這是因為一些儀器設備在低溫下工作能獲得更高的效率和靈敏度、更快的運行速度；而另一些儀器設備必須在給定的低溫條件下才能正常工作。例如，超導器件的工作機制就是利用材料在其臨界轉(zhuǎn)變溫度下產(chǎn)生相變而出現(xiàn)的超導現(xiàn)象。低溫制冷機適用于需小型冷卻要求的場合，具有緊湊、快速、便攜、高效等特點，自20世紀50年代以來獲得迅速發(fā)展，成為低溫工程領域不可分割的一個分支?！　≡谠敿氂懻摳鞣N低溫制冷機的工作原理、關鍵技術及運行應用之前，需要對各種低溫制冷機的一些共同術語有一個普遍性的了解，本章將之作為導論予以介紹，內(nèi)容包括低溫制冷機及性能參數(shù)定義、低溫制冷機分類、回熱式低溫制冷循環(huán)以及需求和應用等4節(jié)?！　?.1 低溫制冷機及性能參數(shù)定義　　1.1.1 小型低溫制冷機　　小型低溫制冷機是一種能提供溫度低于120K（－153度）直至1K附近的小型機械式制冷設備，在1－120K溫區(qū)內(nèi)能提供的制冷量處于從幾毫瓦到接近1kW的范圍。　　1.1.2 制冷溫度與制冷量　　在工程中經(jīng)常用實測的有效制冷量來評價低溫制冷機的性能，這是因為實際制冷機從低溫位向高溫位逆向泵熱的過程中，需要克服多種不可逆損失，這些損失需要用制冷機的理論制冷量來補償。為了準確理解制冷量的含義，在定義制冷量的同時，要求定義獲取該制冷量的溫度，其原因在于不同溫度下制取相同的冷量所消耗的能量是大不相同的。例如，在液氦溫度（4K）下制取lW制冷量所需要的理論功（74W），大約是在120K溫度下制取lW冷量所需用的理論功（1.5 w）的50倍。上面數(shù)據(jù)是根據(jù)理想的卡諾熱力學循環(huán)計算而得，計算時假設環(huán)境溫度為300K。而實際輸入制冷機的功，要比計算的卡諾值大2倍以上。在多數(shù)情況下，實際耗功值比理想值要大10－100倍。

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