回热式低温制冷机巨永林ColumbiaUniversity，NevisLaboratoriesDepartmentofPhysics,NewYork上海交通大学，制冷与低温工程研究所机械与动力工程学院，上海主要内容�低温研究背景和意义�回热式制冷循环�回热式低温制冷机�脉管制冷机�热声驱动制冷机�应用，问题和发展趋势�结束语第一部分:低温研究背景和意义科学研究?兴趣低温低温制冷技术低温制冷机需要低温低温:一般是指温度低于120K（-1530C）�自然界物质在低温下呈现出在常温下所不具有的特殊物理性质：如超导电性,超流动性,磁有序态,量子霍尔效应等�由此产生了一些新的应用，如超导MRI，SQUID，低温冷凝真空泵，强磁体等�许多科学仪器在低温下有更好的性能和效率，更高的运行速度和灵敏度：如光电遥感元件，低温光电子器件，高低温超导器件，半导体与超导体混合集成电路TEMPERATURE(K)MaglevLTSelectronicsNbNElect.TransmissionlinesTransformersGeneratorsWirelessBearingsHTSSQUIDsIRHZBOO&CHZBOIRIR1GJMid-size1TJLarge-sizeSMES1MJMicro-SMESMRIAirliquefactionCryopumpsSMES,Mag.Sep.,MRIFCLFCLAccelerators&FusionLNGCryosurgeryVacuumHOcryotraps222LiquidH2Motors低温研究背景和意义低温制冷技术研究低温的科学和技术原理�方法：相变制冷，气体压缩膨胀制冷，蒸气压缩膨胀制冷，气体涡流制冷，节流制冷，吸收式制冷，固体吸附制冷，辐射制冷，热电制冷，磁制冷，激光制冷等�实验室用低温一般使用低温恒温器，将被却物浸泡在低温液体中或用低温蒸气冷却。但是随着商业和空间应用的发展，这种方式在经济性、连续性、可靠性、方便性等方面不能满足要求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10101010101010101010501003006REFRIGERATIONPOWER(W)TEMPERATURE(K)MaglevLTSElectronicsNbNElect.TransmissionlinesTransformersWirelessHTSSQUIDsIRTESpaceradiators1GJMid-size1TJLarge-sizeSMES1MJMicro-SMESMRIGM+JTTurbo-Brayton/ClaudeCryopumps(Commercial)(Special)StirlingMixed-gasJTAccelerators&FusionHeJTHJT2NJT2MagneticTurbo-BraytonMotors5LowfrequencyFCLFCLHOcryotrapsGifford-McMahon2BearingsHZBO2LNGAirliquefaction第二部分回热式制冷循环�热机（发动机和制冷机）�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(a)发动机(b)制冷机HTQHTQRefrigeratorWQHQWTHTEngineCCCC热力学原理WQQch=−CarnotchccCOPTTTWQCOP=−≤=CarnothchhTTTQWηη=−≤=热力学第一定律:热力学第二定律: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发动机制冷机是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在T-S图上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CarnotCarnotCOPη回热式热力循环（理想）�回热式热力循...
