小型低溫制冷機(jī)原理

前言

　　隨著空間技術(shù)、信息技術(shù)和生命科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)小型低溫制冷機(jī)的品種和質(zhì)量的需求正在不斷增加，廣大科技工作者對(duì)有關(guān)低溫制冷機(jī)的基本知識(shí)和各種制冷機(jī)的工作特點(diǎn)及應(yīng)用技術(shù)了解的要求十分迫切。陳國(guó)邦教授和湯珂博士撰寫的《小型低溫制冷機(jī)原理》一書適應(yīng)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?guó)邦教授從事低溫制冷技術(shù)的研究和教學(xué)已經(jīng)4。余年，1985年以來(lái)，他及其領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在小型低溫制冷機(jī)研究開發(fā)中做出了出色的工作，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生廣泛的影響。《小型低溫制冷機(jī)原理》一書即是對(duì)過(guò)去工作的全面總結(jié)和在此基礎(chǔ)上的拓展，將理論研究成果與研發(fā)實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題進(jìn)行深入的剖析，從而為研究同行們帶來(lái)新的啟迪?！　≡摃榻B了低溫制冷機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，分析了理論低溫制冷循環(huán)的熱力學(xué)原理，探討了各種實(shí)際損失對(duì)制冷性能的影響，給出了制冷機(jī)設(shè)計(jì)方法和典型實(shí)例，論述了若干新型低溫制冷方法的開發(fā)研究進(jìn)展和突出成就，指出了小型低溫制冷技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和國(guó)防工業(yè)中的重要作用和應(yīng)用要求，展示了小型低溫制冷技術(shù)的發(fā)展前景。　　該書內(nèi)容深入淺出，循序漸進(jìn)，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(jī)基本原理的同時(shí)，也具有很好的前沿性；該書內(nèi)容在學(xué)術(shù)上有顯著的創(chuàng)新性，在探討新型低溫制冷機(jī)原理及交變流動(dòng)的低溫回?zé)崞髟O(shè)計(jì)等方面具有顯著特色?！　≡摃哂泻芨叩膶W(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，其出版對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)知識(shí)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(shí)和有價(jià)值的幫助。

內(nèi)容概要

　　《小型低溫制冷機(jī)原理》介紹了小型低溫制冷機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，分析了理論低溫制冷循環(huán)的熱力學(xué)原理，探討了各種實(shí)際損失對(duì)制冷性能的影響，給出了制冷機(jī)設(shè)計(jì)方法和典型實(shí)例，論述了若干新型低溫制冷方法的開發(fā)研究進(jìn)展，指出了小型低溫制冷技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和國(guó)防工業(yè)中的重要作用和應(yīng)用要求。重點(diǎn)介紹了近20年來(lái)在開發(fā)采用磁性回?zé)岵牧系囊汉貐^(qū)低溫制冷機(jī)、小孔型脈管制冷機(jī)和采用熱聲驅(qū)動(dòng)的脈管制冷機(jī)以及交變流動(dòng)的低溫回?zé)崞髟O(shè)計(jì)等新型低溫制冷技術(shù)方面所取得的最新成就，展示了小型低溫制冷技術(shù)的發(fā)展前景。　　全書共分6章：第1章是小型低溫制冷機(jī)導(dǎo)論；第2章介紹吉福特-麥克馬洪循環(huán)制冷機(jī)；第3章介紹斯特林循環(huán)制冷機(jī)；第4章介紹脈管制冷機(jī)；第5章介紹低溫制冷機(jī)回?zé)崞?；?章介紹間壁換熱式低溫制冷機(jī)(節(jié)流制冷器、布雷頓循環(huán)制冷機(jī)與波利斯制冷機(jī))?！　　缎⌒偷蜏刂评錂C(jī)原理》適合從事低溫制冷技術(shù)研究開發(fā)、運(yùn)行操作和營(yíng)銷管理的有關(guān)技術(shù)人員閱讀參考，也可供高等院校師生作為高年級(jí)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(jī)導(dǎo)論1.1 低溫制冷機(jī)及性能參數(shù)定義1.1.1 小型低溫制冷機(jī)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(yù)冷時(shí)間1.1.5 運(yùn)行壽命1.1.6 機(jī)械振動(dòng)與電磁輻射1.1.7 成本1.2 低溫制冷機(jī)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(jī)流程1.3 回?zé)崾降蜏刂评溲h(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?zé)崾降蜏刂评溲h(huán)圖譜1.4 低溫制冷機(jī)的需求與應(yīng)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(dǎo)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(shù)應(yīng)用參考文獻(xiàn)第2章 吉福特-麥克馬洪循環(huán)制冷機(jī)2.1 G-M制冷機(jī)2.1.1 G-M制冷機(jī)的工作原理及過(guò)程2.1.2 G-M制冷機(jī)實(shí)際循環(huán)的熱力性能2.1.3 G-M制冷機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.2 SV制冷機(jī)的制冷原理及過(guò)程2.2.1 機(jī)械驅(qū)動(dòng)的SV制冷機(jī)2.2.2 氣動(dòng)型SV制冷機(jī)2.3 磁性回?zé)岵牧吓c4K溫區(qū)低溫制冷機(jī)2.3.1 磁性回?zé)岵牧系闹匾院瓦x擇條件2.3.2 實(shí)用磁性回?zé)岵牧系谋葻崛莺蜔釋?dǎo)率2.3.3 磁性回?zé)岵牧显贕-M制冷機(jī)中的應(yīng)用2.3.4 磁性回?zé)岵牧显谒鳡栁闹评錂C(jī)中的應(yīng)用2.3.5 關(guān)于G-M制冷機(jī)制冷量的討論參考文獻(xiàn)第3章 斯特林循環(huán)制冷機(jī)3.1 整體式斯特林循環(huán)制冷機(jī)3.1.1 制冷循環(huán)原理3.1.2 制冷循環(huán)計(jì)算3.1.3 實(shí)際損失3.1.4 整體式斯特林制冷機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用3.2 分置式斯特林循環(huán)制冷機(jī)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(jī)的基本設(shè)計(jì)參數(shù)與關(guān)鍵技術(shù)3.3.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)3.3.2 操作參數(shù)3.3.3 長(zhǎng)壽命高效斯特林制冷機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)3.3.4 故障和壽命3.4 維勒米爾制冷機(jī)3.4.1 熱力工作過(guò)程3.4.2 熱力計(jì)算3.4.3 應(yīng)用參考文獻(xiàn)第4章 脈管制冷機(jī)4.1 基本型脈管制冷機(jī)4.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.1.2 制冷原理4.2 調(diào)相型脈管制冷機(jī)4.2.1 調(diào)相器4.2.2 制冷原理4.2.3 熱力學(xué)性能4.3 G-M型脈管制冷機(jī)4.3.1 脈管制冷機(jī)的構(gòu)型及級(jí)間耦合方式4.3.2 G-M型液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)4.3.3 混合工質(zhì)脈管制冷4.4 斯特林型脈管制冷機(jī)4.4.1 直線電機(jī)4.4.2 直線壓縮機(jī)的支承4.4.3 調(diào)相機(jī)構(gòu)4.4.4 高頻脈管制冷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)4.5 熱聲驅(qū)動(dòng)器4.5.1 駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器4.5.2 行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器4.5.3 駐波－行波級(jí)聯(lián)型熱聲驅(qū)動(dòng)器4.5.4 熱聲轉(zhuǎn)換理論4.6 熱聲驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)4.6.1 熱聲驅(qū)動(dòng)器與脈管制冷機(jī)的匹配4.6.2 熱聲驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)的典型裝置參考文獻(xiàn)第5章 低溫制冷機(jī)回?zé)崞?.1 回?zé)崞鞯奶攸c(diǎn)及其在低溫制冷機(jī)中的應(yīng)用5.1.1 低溫回?zé)崞鞯幕咎匦?.1.2 回?zé)崞魈盍系膫鳠崤c流阻特性5.1.3 回?zé)崞魈盍系臒嵛镄?.2 回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)計(jì)算方法5.2.1 回?zé)崞鞯膫鹘y(tǒng)計(jì)算方法5.2.2 回?zé)崞鞯哪M計(jì)算方法5.2.3 熱聲回?zé)崞饔?jì)算參考文獻(xiàn)第6章 間壁換熱式低溫制冷機(jī)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(jī)6.2 超小型節(jié)流制冷器與混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)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(jī)與波利斯制冷機(jī)6.3.1 布雷頓循環(huán)制冷機(jī)6.3.2 波利斯制冷機(jī)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　小型低溫制冷技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)與工業(yè)的許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)橐恍﹥x器設(shè)備在低溫下工作能獲得更高的效率和靈敏度、更快的運(yùn)行速度；而另一些儀器設(shè)備必須在給定的低溫條件下才能正常工作。例如，超導(dǎo)器件的工作機(jī)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(dǎo)現(xiàn)象。低溫制冷機(jī)適用于需小型冷卻要求的場(chǎng)合，具有緊湊、快速、便攜、高效等特點(diǎn)，自20世紀(jì)50年代以來(lái)獲得迅速發(fā)展，成為低溫工程領(lǐng)域不可分割的一個(gè)分支。　　在詳細(xì)討論各種低溫制冷機(jī)的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)及運(yùn)行應(yīng)用之前，需要對(duì)各種低溫制冷機(jī)的一些共同術(shù)語(yǔ)有一個(gè)普遍性的了解，本章將之作為導(dǎo)論予以介紹，內(nèi)容包括低溫制冷機(jī)及性能參數(shù)定義、低溫制冷機(jī)分類、回?zé)崾降蜏刂评溲h(huán)以及需求和應(yīng)用等4節(jié)?！　?.1 低溫制冷機(jī)及性能參數(shù)定義　　1.1.1 小型低溫制冷機(jī)　　小型低溫制冷機(jī)是一種能提供溫度低于120K（－153度）直至1K附近的小型機(jī)械式制冷設(shè)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(shí)測(cè)的有效制冷量來(lái)評(píng)價(jià)低溫制冷機(jī)的性能，這是因?yàn)閷?shí)際制冷機(jī)從低溫位向高溫位逆向泵熱的過(guò)程中，需要克服多種不可逆損失，這些損失需要用制冷機(jī)的理論制冷量來(lái)補(bǔ)償。為了準(zhǔn)確理解制冷量的含義，在定義制冷量的同時(shí)，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(xué)循環(huán)計(jì)算而得，計(jì)算時(shí)假設(shè)環(huán)境溫度為300K。而實(shí)際輸入制冷機(jī)的功，要比計(jì)算的卡諾值大2倍以上。在多數(shù)情況下，實(shí)際耗功值比理想值要大10－100倍。

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