一、A Computational Model for Two-stage 4K-Pulse Tube Cooler: Part I. Theoretical Model and Numerical Method（论文文献综述）
赵鹏[1]（2021）在《星载斯特林型脉管制冷机性能波动研究》文中提出星载斯特林型脉管制冷机（简称脉管制冷机）作为航天红外相机载荷和低温光学系统的重要组成部分,为红外焦平面器件提供低温冷源,以提升红外相机的成像质量。“十二五”以来,我国的红外焦平面遥感技术发展迅速,促进了我国自主知识产权的星载脉管制冷机的水平提升。而红外遥感载荷从预研转向业务应用的发展,也对星载脉管制冷机产品的性能一致性提出了更高的要求,需要摆脱原有的研发型生产模式,建立长寿命、高可靠、高一致性、高效生产的货架式航天产品体系,以满足日益繁重的航天研制任务需求。星载脉管制冷机要实现型谱产品,其性能必须具备较高的一致性,因此确定影响制冷机性能的主要因素,降低制冷机性能波动,即提高制冷机性能的一致性,是本课题的任务和目标,也是一项较复杂且难度大的系统工程,需要投入大量资源和智力。本文以某型号项目所使用的12W@85K型同轴脉管制冷机为主要研究对象,同时采用一台6W@95K型直线脉管制冷机进行辅助分析,并专门设计了一台可拆卸压缩机和冷指,开展变参数的专项验证实验。首先,针对在工艺控制范围内（各影响因素的变化幅度较小）的各因素对制冷机性能的影响进行数值模拟分析及实验研究;其次,通过Logistic有序回归、基于机器学习语言的随机森林回归及XGBoost回归方法得出制冷机性能预测模型,并得出影响性能波动的各因素的特征重要度;最后,将回归模型结果与其实验研究结果进行对比分析。主要的研究工作如下:1)脉管制冷机的热力学及动力学分析（1）根据脉管制冷机的热力学基础理论,开展以下研究:首先,基于焓流调相理论建立脉管制冷机的整机相位图,分析脉管制冷机内部零部件的相位情况,并分析整机的相位最佳区域;其次,研究了制冷机主要零部件的能量损失状况,其中重点分析了回热器的损失情况,包括压降损失、表面换热损失、导热损失对制冷机效率的影响。（2）基于压缩机活塞的受力基础控制方程,开展以下研究:首先,通过向量分析方法对压缩机活塞进行力学分析;其次,引入欧拉方程,将压缩机的控制方程和电压平衡方程转化为复数形式进行求解,再根据阻抗的定义,得出电机效率和压缩机的PV功转换效率的关系式,分析影响压缩机效率的因素。（3）设计并制造了90K温区的直线型及同轴型脉管制冷机,分别比较了两者的时均焓流、内部各零部件损失、压比变化、PV功与实际输入功。研究表明,直线型脉管制冷机具有更少的能量损失及更优的制冷性能,且热力参数结果与基础理论具有较好的契合度。通过对脉管制冷机的热力学及动力学原理进行分析,为制冷机一维数值建模提供支撑,并为制冷机性能一致性提高提供了思路。2)脉管制冷机性能波动影响因素的数值模拟及实验研究首先,结合脉管制冷机的热力学和动力学分析,建立12W@85K同轴型脉管制冷机的一维数值模型;之后,对理论上会导致制冷机性能波动的各影响因素,应用数值模拟、实验分析、相关性分析等方法开展研究工作,得出各影响因素在工艺控制范围内（各影响因素的变化幅度较小）对制冷机性能的影响结果。经实验研究结果表明:在工艺控制范围内,回热器丝网填充率（12W@85K制冷量的实际输入功变化为6.11Wac）和压缩机磁感应强度（12W@85K制冷量的实际输入功变化为3.52Wac）对制冷机性能影响程度分列第一和第二位;压缩机活塞与气缸的密封间隙、压缩机电机电阻、压缩机与冷指连管不同造型、回热器丝网填充深度、回热器丝网丝径、气库容积、惯性管1长度、惯性管2长度、充气压力、回热器热端温度等十项影响因素对制冷机性能的影响相对较小。因此可得:要降低制冷机性能波动,需要重点控制回热器丝网填充率和压缩机磁感应强度的一致性。3)脉管制冷机的性能回归及影响因子的特征重要度研究在本文第4章的研究基础上,选取理论上对制冷机性能产生一定影响或波动范围（最大值-最小值/平均值）>1%的参数作为自变量,包括:压缩机活塞与气缸的密封间隙、压缩机磁感应强度、压缩机电机电阻值、回热器丝网填充率、回热器丝网丝径、回热器丝网厚度6个影响因素为自变量X,制冷机性能为因变量Y（12W@85K的实际输入功来表征制冷机性能）。通过Logistic有序回归、基于机器学习语言的随机森林回归和XGBoost回归三种方法对影响制冷机性能波动的6个影响因素进行分析,回归结果表明:Logistic有序回归结果揭示影响制冷机性能的显着变量为回热器丝网填充率;随机森林及XGBoost回归结果均揭示影响制冷机性能的第一和第二重要特征分别为回热器丝网填充率和压缩机磁感应强度,此结论和第4章的研究结果一致。其余4个变量的特征重要度相对较低且在各模型里的排序略有差异;通过随机森林回归和XGBoost回归,建立了制冷机性能与自变量的预测模型,相对误差的平均值分别为5.62%和4.59%,确定性系数平均值分别为0.805和0.906,均可以对制冷机性能实现较好的预测,其中XGBoost回归具有更高的精确度。通过随机森林和XGBoost方法对制冷机性能进行回归分析,确定影响因素的特征重要度,再对其进行改进和控制,可以降低制冷机性能波动,提高性能一致性。通过基于机器学习语言的统计分析与理论实验研究相结合,在航天制冷机领域尚属首次,随着将来星载制冷机样本数据增多,也将为回归模型的精确度进一步提升提供支撑。
查睿[2]（2020）在《液氦温区四级高频脉冲管制冷机的理论与实验研究》文中指出近年来,随着探测技术和超导技术的蓬勃发展,作为其重要支撑的低温制冷技术也取得了长足的进展。脉冲管制冷机在低温区无运动部件,具有可靠性高、机械振动小、寿命长、效率高、电磁噪声低等突出优点,在越来越多的应用场合备受青睐。多级脉冲管制冷机通过采用多级结构可获取更低的制冷温度且实现多个不同温区的制冷量。本课题在国内首次开展针对液氦温区四级高频脉冲管制冷机的研究,将理论分析与实验验证相结合,深入探索四级高频脉冲管制冷机的运行机理,为填补国内研究空白,实现其在空间探测、低温超导等重要领域中的独立自主应用以及相关学科的发展奠定坚实的理论与实践基础。本文的主要研究内容如下:（1）系统澄清了四级高频脉冲管制冷机内部运行机理与损失机制建立四级高频脉冲管制冷机的二维计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型,研究蓄冷器内部三种不可逆损失的所占比例和分布情况,分析第四段蓄冷器内部混合填料比例与损失的关系,优化出最优的填料比例,研究充气压力和工作频率对蓄冷器内部压降损失和非理想换热损失的影响。利用CFD模型分析了冷指内部的相位特性。研究工作频率和低温调相温度对蓄冷器内部相位分布的影响。根据第四级的制冷性能确定最优的工作频率和调相温度。（2）揭示了四级高频脉冲管制冷机的级间耦合特性和性能耦合关系建立四级高频脉冲管制冷机的数值分析模型。系统研究各级之间制冷温度的耦合关系,澄清各级制冷性能对其它级制冷性能的影响。研究输入功率、充气压力和工作频率对各级制冷性能的影响。对第四级冷指的蓄冷器和调相机构的几何尺寸进行了优化设计。（3）探索出四级高频脉冲管制冷机的复合耦合结构在上述研究的基础上提出一种四级高频脉冲管制冷机的新型结构,并完成复合耦合结构的优化设计。将四级高频脉冲管冷指的前两级和后两级设计成气耦合的结构,然后两者之间再进行热耦合。采用两台线性压缩机进行驱动,前两级和后两级的工质分别为He-4和He-3。（4）建立了四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的?分析理论体系建立每一级冷指的?流模型,探索各级之间的质量分配和?流分配的基本原理。研究各级蓄冷器和脉冲管的几何尺寸对?流分布的影响,研究运行频率和输入功率对?流分布的影响。提出采用?效率来评估气耦合结构的复合制冷效率,模拟四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的制冷性能。（5）在国内首次研制出四级高频脉冲管和制冷机样机并完成实验验证完成四级高频脉冲管制冷机的设计、加工和装配,搭建实验台。研究压缩机运行参数对各级制冷性能的影响;研究各级之间制冷性能的相互影响与耦合关系;比较后两级分别采用He-4和He-3工质的制冷性能的差异。通过对实验数据的分析,验证前述理论分析的准确性和合理性。根据实验结果,四级高频脉冲管制冷机的无负荷制冷温度分别为62.40 K、35.70 K、13.50 K和4.23 K。当采用He-3作为工质时,第三级冷指和第四级的制冷温度进一步降低到9.5 K和3.3 K。四级同时取冷的制冷量分别为:4.4 W/70 K、1.0 W/40 K、0.29 W/15 K和0.025 W/5 K。该四级高频脉冲管制冷机的制冷性能已达到同类型机型的国际先进水平（目前国际上四级脉冲管制冷机的最优性能为美国洛克希德·马丁公司获得,无负荷制冷温度3.0 K,制冷量0.29 W/15 K和0.025 W/5 K）。
易常瑞[3]（2020）在《自旋轨道耦合量子气体中的非平衡态动力学的实验研究》文中研究指明自从20世纪80年代人们发现了一种新奇的基本物质相-拓扑相以来,拓扑量子物质就以其奇特的物理性质和广泛的应用前景极大地吸引了人们的研究兴趣。虽然在超冷原子领域已经构建了一些拓扑系统,但测量系统的拓扑性质总是存在各种困难。本博士论文主要探讨利用非平衡态动力学方法在超冷原子平台上研究自旋轨道耦合人工规范场的拓扑性质和构建新型的拓扑结构。本文首先在前三章介绍在超冷原子平台上研究非平衡态动力学和自旋轨道耦合规范场的一些背景知识。在绪论部分,简述非平衡态动力学的研究现状和自旋轨道耦合效应,第二章介绍在超冷原子气体中合成一维和二维自旋轨道耦合规范场的理论方案及其相关性质,第三章介绍实现玻色-爱因斯坦凝聚体、实验合成自旋轨道耦合规范场和参数标定等相关技术。这些技术为我们进一步实验研究自旋轨道耦合规范场的相关性质提供了保证。然后,从第四章到第六章详细介绍本人在博士期间的主要研究成果。第四章,介绍利用淬火动力学方法获得平衡态系统的全部拓扑信息。在这里,我们发展了一套“等价”测量所有布洛赫矢量的技术:（1）对二维自旋轨道耦合的所有量子轴淬火,且只测量一个布洛赫矢量随时间的演化:（2）对每次淬火后的布洛赫矢量做时间平均。从时间平均的布洛赫矢量可以得到系统所有的拓扑荷和能带反转面,根据被能带反转面包围的拓扑荷总数得到淬火后哈密顿量的陈数。而且,我们利用能带反转面上的动力学场也获得了淬火后哈密顿量的陈数,并验证了动力学的“体-面”对应。第五章,介绍利用淬火动力学方法构建新型的拓扑结构,并提出测量所有布洛赫矢量的理论方案。通过对二维自旋轨道耦合的一个量子轴淬火,根据霍普映射,可以合成二维动量加一维时间[（2+1）维]的霍普绝缘体。霍普绝缘体的合成可以通过观测霍普连接和霍普纤维丛证明。布洛赫球上的南极和北极点在（2+1）维的空间中会形成两根霍普纤维,即霍普连接。布洛赫球上其他纬度圈上的所有点在三维空间会形成互相嵌套的霍普轮胎面,它是由很多霍普纤维组成的,因此也叫霍普纤维丛。然而我们只能测量一个布洛赫矢量,因此无法观测所有的霍普纤维,为此,我们进一步在理论上提出对所有布洛赫矢量进行成像的方法-拉曼脉冲法,此方法可以获得系统完全的拓扑信息。第六章,介绍在一维自旋轨道耦合中探索Kibble-Zurek机制。我们以有限的速率线性降低拉曼耦合强度,让系统从非磁相到磁相,通过自旋分辨的飞行时间测量法,可以观测到原子云的动量分布呈现出延迟的分叉结构和动量空间中的碎片结构。通过计算原子云动量分布的涨落和碎片数目可以获得时空动力学的普遍幂律指数,这些指数与均匀和非均匀Kibble-Zurek机制预测的指数一致。总的来说,我们的研究在利用非平衡动力学进行拓扑分类,合成新的拓扑相和研究动态量子相变领域将会有潜在的应用价值。特别是动力学拓扑分类方法,有望在未来成为一项研究冷原子系统拓扑性质的通用技术。
黄宸[4]（2020）在《液氢温区斯特林脉管制冷机预冷方法的理论与实验研究》文中认为斯特林脉管制冷机在20 Hz以上高频运行,能流密度高,线性压缩机维护需求低,并且低温下无运动部件,具有振动和磨损小、可靠性高、寿命长、结构简单紧凑和质量轻等优点,是航空航天等领域的理想机型之一。然而,由于高频低温回热损失严重,要实现20 K及以下温区制冷必须依靠预冷方法来补偿损失。回热器和脉管作为脉管制冷机的两个关键部件,是产生损失的主要部件,也是预冷的主要对象。目前常用的多级回热器预冷方法中,线性压缩机输出的有限声功经预冷的多级回热器后损失较大,实际到达冷端的声功较小,导致20 K及以下温区斯特林脉管制冷机的制冷量难以提高。为了提高20 K温区斯特林脉管制冷机的制冷性能,本文分别从外部和内部预冷两个方面开展工作,重点研究了利用外部冷源预冷传输管代替预冷回热器的方法和利用制冷机自身冷量通过DC流的作用从内部预冷脉管的方法。本文的主要工作内容包括:1)对制冷机的预冷作用进行热力学分析,系统归纳总结了斯特林脉管制冷机的预冷方法并编制了分类图谱。本文从热力学角度分析了预冷在提高制冷机系统效率方面的重要作用;从脉管制冷机内能量流角度,揭示了预冷对减小回热器损失和脉管损失的影响。总结斯特林脉管制冷机预冷方法,包括换热方式、冷量来源、预冷对象等,编制了首张预冷结构分类图谱,为斯特林脉管制冷机预冷方法研究提供方向性指导。基于充分预冷工质的目的,提出利用来源广、冷量充足的冷源预冷传输管和回热器热端的方法;基于直接预冷工质的方法,提出利用DC流以少量冷端制冷量为代价实现从内部预冷脉管的方法。2)通过模拟揭示预冷传输管的工作机理,指明实现高效声功传输的最佳绝热结构设计,通过实验验证预冷传输管的性能。建立了整机一维模型,计算揭示预冷传输管代替高温段回热器可减小所需输入声功,但会增大预冷负荷。研究发现,预冷传输管的结构需经过设计和优化以高效传输声功和降低漏热损失。建立预冷传输管二维数值模型,从多维、微团的角度分析预冷传输管内功、热传递过程。计算结果表明,预冷传输管漏热损失主要由近壁面气体的传热产生,体积为冷端扫气体积的1517倍,长径比为810的预冷传输管内温度均匀性较好,射流损失和漏热损失较小。设计搭建液氮预冷传输管斯特林脉管制冷机实验系统,对比研究了预冷传输管和传统有高温段回热器的制冷性能。两种结构的脉管制冷机在25 K分别获得了0.66 W和0.83 W制冷量,输入p V功分别为26.8 W和142.0 W,以空分系统的效率考虑预冷的液氮消耗,两种结构的整机效率分别为0.51%和0.47%,证明了预冷传输管替代预冷高温段回热器,实现液氢温区低声功驱动制冷的可行性。通过进一步优化,预冷传输管斯特林脉管制冷机达到了17.7 K最低制冷温度,输入p V功为42.6 W时,在22 K可获得1.01 W制冷量。3)揭示DC流从内部预冷脉管的作用机理和其对20 K温区和80 K温区脉管制冷机性能的不同影响。通过整机模拟揭示制冷机内由回热器流向脉管的DC流可以降低脉管冷端温度梯度,增大脉管焓流,提高脉管膨胀效率。在20 K温区脉管制冷机内,DC流能够同时改善回热器温度分布的线性度,减小回热器损失,从而提高制冷性能;但在80 K温区的脉管制冷机内,DC流增大回热器冷端的温度梯度,回热器损失增大而制冷机性能恶化。通过比较20 K温区脉管制冷机内自然引入DC流的双向进气、限制DC流的双向进气,以及仅有DC流而无双向进气时脉管制冷机性能,揭示双向进气可以辅助调相而减小回热器损失,但也会提高脉管冷端温度梯度增大脉管损失,从而恶化制冷机性能;而DC流无论调相是否优化都可以通过预冷脉管而提高制冷机性能。实验结果验证了DC流在80 K脉管制冷机内无论方向如何都会恶化制冷机性能;而在20 K脉管制冷机内,由回热器流向脉管的DC流和双向进气结构都能使脉管中部温度降低约130 K,无负荷制冷温度降低约6 K,22 K制冷量提高约1 W,验证了DC流预冷脉管从而提高制冷机性能的作用。
刘洋[5]（2020）在《航天直线斯特林制冷机驱动控制技术研究》文中研究指明红外遥感技术在信息获取和传达方面有着其他技术无法比拟的优势,人类正在借助红外遥感技术实现对农业、地质、海洋、气象、军事、环保等各个领域的观测,与国家的发展密切相关。随着科学技术的发展,航天红外探测器朝着大面元、长线列的方向发展,因此红外探测器对线性斯特林制冷机的驱动控制电路的驱动能力、电磁干扰、控温精度等指标要求越来越高,从而使得大功率制冷机驱动控制电路的性能提升和功能扩展变的非常急迫。红外探测器及其制冷机组件一般不提供宇航级驱动电路与控制软件,因此红外探测器的制冷机驱动控制器需要自主研发。针对上述问题,本文设计了一款驱动能力强、控温精度高的斯特林制冷机驱动控制系统,该制冷机驱动控制电路不仅可以满足工程应用需求,而且为后续中长波红外探测的需求奠定基础。以下是对该控制系统的几点研究:首先,通过大量查阅文献资料,了解国内外市场上目前可调研到在研红外探测器制冷机组件的发展现状,并分析学习国内外斯特林制冷机驱动控制器的研究现状和技术指标,根据斯特林制冷机控制器的实际需求提出研究内容和创新点。其次,针对斯特林制冷机的工作原理,介绍了制冷机使用音圈电机的力学模型和电学模型并进一步推导出其动态数学模型。并依据SPWM控制技术和数字PID控制设计了制冷机驱动控制方案。然后,依据斯特林制冷机驱动控制方案,设计了硬件电路、投产、测试并最终验证了基于FPGA和基于半桥驱动芯片IR2110的制冷机驱动控制方案。硬件系统包括:FPGA控制模块、二次电源电路、测温信号处理电路、AD转换电路和H桥功率驱动电路。最后,搭建了斯特林制冷机驱动控制系统的实验平台,对设计方案提出的技术指标进行测试,同时验证了温度闭环控制系统的稳定性和精度,最后对实验数据和偏差进行了分析。在此方案和结果的基础上,本文还提出了适用于短波和中长波的斯特林制冷机驱动控制方案,完成了制冷机驱动硬件电路和控制软件的详细设计。硬件系统包括:DSP控制模块、二次电源电路、温度信号处理电路、AD转换电路和功率驱动电路。软件设计包括:主程序设计、中断程序设计以及数字PID控制算法程序等,并对此设计方案进行简单的分析。
黄新磊[6]（2020）在《混合工质回热式一次节流制冷系统回热器的热力分析》文中进行了进一步梳理混合工质回热式一次节流制冷技术已经日渐成熟,在过去的许多年有了极大的进展,采用混合工质回热式一次节流制冷系统与其他形式的制冷系统相比具有一定的优势如:系统结构简单、运行可靠、制造价格低、低温下无运行部件,因此广泛应用在80K-240K的制冷温区内,在生物医疗、军事、能源、超低温冷链、液化天然气等领域发挥着极其重要的作用。对于混合工质节流制冷系统来说,混合工质配比组成及自身的热物性质决定了在此制冷系统中获得所需的目标制冷温度。混合工质单级压缩一次节流制冷系统中回热器作为一件至关重要的制冷部件,其内部的换热温差直接体现了制冷系统的温跨范围,其内部的温度分布和传热特性直接决定了整个节流制冷系统的制冷效率,因此选用选择高效的回热换热器对提高整个制冷系统的热力性能具有巨大的意义。本文搭建了一台小型单级压缩一次节流制冷循环的深冷冰箱,回热器选用盘管式的逆流回热装置。然而,对于混合工质一次节流制冷系统的研究仍在继续,因此本文在对师兄所做的课题的研究基础之上,主要从以下几个方面进行了分析和讨论:（1）总结了国内外各专家学者对于混合工质节流制冷技术和逆流式回热器的相关技术研究进展。（2）搭建了一套深冷混合工质一次节流制冷的深冷冰箱,对三元和四元混合工质R14/R170/R600A、R14/R23/R600A、R14/R23/R22/R600A R14/R23/R134A/R600A以分别按照30.40mol%/10.73mol%/58.87mol%、30.40mol%/15.73mol%/53.87mol%、26.67mol%/17.49mol%/6.46mol%/49.38mol%、26.46mol%/19.96mol%/5.41mol%/48.17%的比例充注到试验系统中,在这一系统中获得了-80℃左右的制冷温度。结果表明,三元混合工质和四元混合工质的温度分布和压力分布类型都和混合工质的组分组成和浓度配比有关,均呈现非线性的变化趋势。与三元混合工质结果不同的是,四元混合工质在回热器中各位置处的温差几乎一致,温度分布更为均匀,压降曲线呈抛物线形式且更为光滑,回热器内的热当量匹配更为合理。（3）对混合工质采用状态方程法进行物性计算,并与插值法计算结果相对比,焓值误差最高仅有4.79%,而熵值误差最低仅有1.09%。对不同配比的混合工质通过等温节流效应对其回热循环进行了热力分析,并阐明其内在机理。（4）对混合工质节流制冷系统的回热器内的制冷剂流动状态用CFD计算软件COMSOL对回热换热器内部的换热性能进行了模拟,并和实验结果一一进行比较,结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,从理论上验证了混合工质在回热换热器内的换热特性。（5）对所选用的混合工质通过从其安全性、工质的制冷性能和环境友好型做了整体性分析。表明所选的混合工质安全性较高,没有达到其爆炸极限。工质的制冷性能随着混合工质组元数目的增多,并没有提高。制冷剂对环境的影响,不仅要考虑它们的GWP值,更重要的是计算TEWI,将TEWI作为评价混合工质整体环保性能的指标,结果表明R14（30.40mol%）/R170（10.73mol%）/R600A（58.87mol%）对环境造成的影响是最小的。
张东风[7]（2020）在《空间机械制冷机微振动机理研究》文中提出空间机械制冷机广泛应用在红外探测器和低温镜头的制冷过程中,但是由于机械制冷机内部存在多个运动部件,结构较为复杂,工作过程中不可避免地会产生微振动,将严重影响空间遥感器在轨的成像质量,由此研究分析机械制冷机微振动产生机理尤为重要。本文对空间机械制冷机的基本组成与工作原理进行研究,发现制冷机中的压缩机产生的微振动较为显着。因此采用两自由度系统对线性对称布置的压缩机进行了建模,其中考虑了压缩腔的气体弹簧力以及间隙气流阻力的非线性特性,采用龙格-库塔法对运动微分方程进行求解,研究了间隙密封对微振动产生的影响。对某型号的机械制冷机的压缩机微振动产生机理进行研究得出:（1）相同驱动频率下活塞响应的频谱,随着驱动频率的增大,高倍频谐波的幅值不断增加,当驱动频率达到54Hz附近时,2倍频的谐波分量甚至远大于基频的谐波分量。（2）压缩机活塞的质量、刚度、阻尼在生产加工装配过程中存在偏差,仿真结果表明:压缩机的振动力和力矩输出是以直线电机驱动频率为基频的一系列谐波,随着质量、阻尼、刚度不对称程度的增加,振动力的各次谐波幅值均随之增大。（3）对压缩机柔性板弹簧刚度进行ANSYS有限元分析,可知由于螺旋形臂数的不同,板弹簧的刚度和谐响应分析存在差异。运用微振力测试平台对该型号机械制冷机压缩机微振动进行试验研究,研究结果表明,在制冷机工作频率54Hz及其倍频,制冷机扰振力和扰振力矩的幅值远高于其它倍频下幅值。并且随着制冷机功率的增加,扰振力和扰振力矩幅值均有所增加,试验结果与数值分析结果相符,能为制冷机的设计提供有力的依据。
孟晓倩[8]（2019）在《机械制冷机高精度温控的系统仿真与实验研究》文中研究指明随着空间探测技术的不断发展,空间设备对环境的要求越来越高,机械制冷机以其小体积、轻质量、高稳定性等优点,广泛应用于红外探测技术,以提高芯片稳定度,延长芯片的使用寿命。由于红外相机对环境温度非常敏感,当环境温度波动超过一定范围时,会影响相机的成像质量,在新一代的风云卫星光电载荷对红外探测器低温工作温度提出了50mK（±25mK）稳定度的要求,因此,需要机械制冷机的冷头温度始终能够维持较高的稳定性。针对这些问题,本文对机械制冷机的温度控制特性进行了以下几个方面的研究:首先,对脉冲管型机械制冷机工作原理进行介绍,详细说明机械制冷机温控系统的组成部分,并对驱动控制电路和制冷机组件的数学模型进行分析,将二者相结合,总结得到机械制冷机温控系统模型。其次,对机械制冷机的温度控制算法进行研究,总结分析位置式PID算法和增量式PID算法对机械制冷机系统性能的影响,结合机械制冷机的性能特点,给出简化的稳定域参数范围的计算方法,使控制算法的参数整定更加简洁易懂。然后,基于多物理域仿真软件—Simplorer软件,结合压缩机仿真软件—Maxwell软件和控制系统与杜瓦组件仿真软件—Simulink/Matlab软件,建立机械制冷机温度控制系统仿真平台,对机械制冷机的数学模型进行修正,修正后的模型仿真结果与实验结果相符,可用于分析机械制冷机温度控制系统的相关特性。结合简化的稳定域参数范围计算方法,给出控制参数的稳定范围区间,并通过仿真分析热负载变化、环境温度变换、冷头温度采集信号噪声干扰等因素对系统稳定性能的影响。最后,通过实验对上述理论与仿真结果进行验证,调整系统控制参数,使机械制冷机温度控制系统最终实现±25mK/30min的性能指标。
顾偲雯[9]（2019）在《柔性换热器网络综合与先进控制集成研究》文中认为运用过程系统工程方法论,进行换热器网络综合是提高系统能量利用、实现节能减排的关键技术手段。但在扰动和过程不确定性下确保换热器网络安全、可靠操作的工业需求为传统换热器网络综合方法提出诸多挑战。一方面,现有的可操作性换热器网络综合研究普遍分裂了柔性和可控性需求,且局限于稳态过程,使得设计结果严重受制于时变扰动。另一方面,未充分耦合柔性综合和控制,导致换热器网络结构和换热面积冗余以及控制难度增加。为此,本文开展柔性和可控性换热器网络同步综合研究,考察时变扰动对换热器网络动态行为的影响,提出动态柔性综合方法以及双层控制结构设计方法,并以此为基础重点开展动态柔性换热器网络综合与先进控制同步集成方法研究。本论文主要研究内容及成果如下:（1）针对换热器网络在实际操作过程中经济性和可操作性受到制约的问题,本文通过优化旁路的初始开度和位置来充分考虑柔性和可控性间相互影响,提出柔性和可控性换热器网络同步综合方法。基于无分流分级换热器网络超结构建立启发式规则辨识扰动传播,并将其量化以实现旁路初始开度的优化;定量分析旁路开度对流股出口温度的影响,实现旁路位置的优化。据此进一步建立以年度总费用最小为目标函数的混合整数非线性规划模型,求解得到含有最优旁路开度和位置的换热器网络。本方法围绕上述旁路两要素,在随机扰动下确保换热器网络柔性、可控性以及优越的经济性能,为动态柔性换热器网络综合研究、基于控制结构的可控性换热器网络研究打下坚实的基础。（2）鉴于过度设计柔性换热器网络造成的结构和换热面积冗余,以及未考虑时变扰动和换热器网络动态特性导致无法确保整段操作时间内操作可行性和优化性能,提出动态柔性换热器网络综合方法。本文松弛原本固定的流股出口温度,使换热器网络容纳的扰动变化范围处于动态可行域内,而非局限于其边界,实现换热器网络结构和容纳多扰动能力的协调优化。本方法耦合动态柔性分析与换热器网络结构综合,在多扰动场景下辨识换热器网络的动态柔性瓶颈以明确其广义临界操作点;在此基础上建立滚动优化策略,处理依赖于离散时刻的换热器网络结构综合问题。本方法围绕松弛的流股出口温度,权衡换热器网络经济性与动态柔性,为过程综合与控制集成方法开辟新思路。（3）基于操纵变量配对与控制回路对换热器网络可控性的协同作用,本文以旁路为对象,提出双层控制结构设计方法。对于给定的换热器网络,通过衡算扰动引起的换热器热交换量变化同步完成旁路的活性辨识和配对,设计得到外层控制结构;而后通过改进控制回路间相互作用的量化方式来直接确定内层控制结构,并采用活性旁路实现双层控制结构设计。本方法围绕热交换量变化的衡算,揭示操纵变量辨识和配对的内在规律,为换热器网络高效分配充足的被控操作空间,同时通过改进的量化方式避免多解问题,使得各控制回路相对独立,有效地改善换热器网络的可控性,从而指导高效、可实施的换热器网络控制系统开发。（4）由于未深入挖掘换热器网络的动态柔性综合与控制间相互依赖关系,且过度依赖于复杂的控制器,造成结构和换热面积冗余以及控制难度增加。为有效地实现换热器网络结构、动态柔性以及控制性能间协调优化,本文建立动态柔性换热器网络综合和先进控制同步集成方法。本文方法充分考虑流股出口温度的变化范围,并将连续操作时间分割成若干个离散时刻,逐一进行动态柔性换热器网络综合,在此基础上引入离散模型预测控制器来调节流股出口温度并优化动态柔性综合中关键变量。本方法揭示动态柔性换热器网络综合与先进控制间交互作用机制,打破常规集成方法的局限性,提出过程综合与控制集成的新思路,对实际过程具有一定的指导意义。（5）本文最后采用所提方法对某乙烯生产装置中的大规模换热器网络进行动态柔性综合与先进控制同步集成。通过经济性分析和动态仿真,所得换热器网络具备容纳多扰动能力、优越的经济性能以及控制性能,证明本文方法的可行性,并能够确保企业利润及安全生产,符合石化等大型企业的未来发展需求。
丁先禹[10]（2019）在《新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统研究》文中研究表明主要研究工作如下:（1）对新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统流程进行了详细设计,分析系统工作原理,通过复合系统和换热器的热力学模型进行计算。（2）使用EES编写程序,根据气体动力学函数法计算喷射器尺寸设计和喷射制冷子系统的性能。通过对比多种制冷剂热物理性质,选择R245fa作为喷射制冷子循环的制冷剂。（3）对喷射制冷子系统的系统性能进行定性分析,基于一维喷射器模型,通过热力学计算分析方法,分析发生温度、蒸发温度和冷凝温度对喷射器引射系数和喷射子系统性能的影响及变化趋势,为提高本实验中喷射器性能及系统性能提供理论基础。并对R245fa的热物理性质进行计算,确定设计工况:蒸发温度为15℃,冷凝温度为35℃,发生温度为110℃,引射系数为0.5537,及子系统中各个状态点的设计参数。（4）搭建了新型蒸发冷却-喷射制冷空调实验系统,将蒸发冷却子系统作为空气的预冷系统,喷射制冷子系统作为空气的再冷系统,充分利用排风冷量,将排风用于喷射制冷子系统的风冷。定制加工喷射器、压力容器,制作了管式间接蒸发冷却器等,对其他部件进行选型。（5）通过对工况的调节实现了复合系统的匹配,论证新型系统的可行性,验证了复合系统的理论设计。送风参数由干球温度39.37℃,湿球温度20.1℃被系统处理到干球温度20.6℃,湿球温度14.1℃,产生了18.6kJ/kg的焓差。在喷射制冷子系统中,实验工况下,引射系数达到0.4,性能系数为0.17,且提供了0.99kW的制冷量。总系统性能系数为0.274。在生产生活中,该系统发生器热源来自余热、废热或者太阳能,则系统COP可达到0.914。实验台可供进一步实验研究。图54幅,表14个,参考文献72篇。
二、A Computational Model for Two-stage 4K-Pulse Tube Cooler: Part I. Theoretical Model and Numerical Method（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、A Computational Model for Two-stage 4K-Pulse Tube Cooler: Part I. Theoretical Model and Numerical Method（论文提纲范文）
（1）星载斯特林型脉管制冷机性能波动研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 脉管制冷机各影响因素对制冷机性能研究现状 |
| 1.2.1 小型低温制冷机的分类及简介 |
| 1.2.2 压缩机参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.2.3 冷指参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.2.4 连管、惯性管、气库参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.2.5 制冷机运行参数对制冷机性能的影响研究 |
| 1.3 性能波动控制研究现状及方法 |
| 1.3.1 产品性能波动(一致性)研究现状 |
| 1.3.2 脉管制冷机性能波动研究的理论和数值计算软件简介 |
| 1.3.3 性能波动的数据分析方法 |
| 1.4 历史研究的借鉴意义 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 脉管制冷机的热力学及动力学分析 |
| 2.1 脉管制冷机的热力学分析 |
| 2.1.1 脉管制冷机的热力学理论基础 |
| 2.1.2 脉管制冷机的时均焓流分析 |
| 2.1.3 脉管制冷机的相位分析 |
| 2.2 脉管制冷机的实际损失分析 |
| 2.2.1 连管损失 |
| 2.2.2 换热器损失 |
| 2.2.3 脉冲管损失 |
| 2.2.4 回热器损失 |
| 2.2.5 其他损失 |
| 2.3 压缩机活塞动力学分析 |
| 2.4 压缩机电机效率的分析 |
| 2.5 同轴型及直线型脉管制冷机对比分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 脉管制冷机实验装置 |
| 3.1 脉管制冷机实验装置 |
| 3.1.1 实验制冷机 |
| 3.1.2 制冷工质 |
| 3.1.3 驱动控制电源 |
| 3.1.4 直流加热电源 |
| 3.1.5 温控系统 |
| 3.1.6 真空系统 |
| 3.2 数据测量系统 |
| 3.2.1 驱动电参数测量 |
| 3.2.2 活塞位移量测量 |
| 3.2.3 制冷温度、散热面温度及制冷量测量 |
| 3.2.4 压力测量 |
| 3.2.5 Q-test波形数测量 |
| 3.2.6 数据显示系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 各参数对脉管制冷机性能影响的数值模拟及实验研究 |
| 4.1 制冷机运行参数及数值模拟建模 |
| 4.1.1 一维热力学模型建模 |
| 4.1.2 电磁建模 |
| 4.2 压缩机及连管参数对性能波动的影响研究 |
| 4.2.1 压缩机活塞与气缸的密封间隙对性能波动的影响 |
| 4.2.2 压缩机磁感应强度对性能波动的影响 |
| 4.2.3 压缩机电机阻值对性能波动的影响 |
| 4.2.4 压缩机连管造型对性能波动的影响 |
| 4.3 冷指参数对性能波动的影响 |
| 4.3.1 回热器丝网填充深度对性能波动的影响 |
| 4.3.2 回热器丝网丝径对性能波动的影响 |
| 4.3.3 回热器丝网填充率对性能波动的影响 |
| 4.4 气库及惯性管参数对性能波动的影响 |
| 4.4.1 气库容积对性能波动的影响 |
| 4.4.2 惯性管长度对性能波动的影响 |
| 4.5 制冷机运行参数对性能波动的影响 |
| 4.5.1 充气压力对性能波动的影响 |
| 4.5.2 回热器热端温度对性能波动的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于机器学习语言的制冷机性能回归分析 |
| 5.1 回归自变量参数的选取 |
| 5.2 基于Logistic的制冷机性能回归分析 |
| 5.3 基于随机森林的制冷机性能回归分析 |
| 5.3.1 决策树及分类 |
| 5.3.2 随机森林算法构建 |
| 5.3.3 随机森林回归结果分析 |
| 5.4 基于XGBoost的制冷机性能回归分析 |
| 5.4.1 XGBoost理论基础 |
| 5.4.2 XGBoost算法构建 |
| 5.4.3 XGBoost回归结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）液氦温区四级高频脉冲管制冷机的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 低温制冷机 |
| 1.1.1 间壁式制冷机 |
| 1.1.2 回热式制冷机 |
| 1.2 脉冲管制冷机 |
| 1.3 液氦温区制冷技术 |
| 1.3.1 透平-布雷顿制冷机 |
| 1.3.2 多级斯特林加JT节流复合制冷机 |
| 1.4 多级脉冲管制冷技术 |
| 1.4.1 两级高频脉冲管制冷机 |
| 1.4.2 三级高频脉冲管制冷机 |
| 1.4.3 四级高频脉冲管制冷机 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 四级高频脉冲管制冷机的数值模拟与理论分析 |
| 2.1 模型建立 |
| 2.2 模拟结果 |
| 2.3 蓄冷器损失分析 |
| 2.4 相位特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 四级高频脉冲管制冷机的级间耦合特性分析 |
| 3.1 模型建立 |
| 3.2 各级之间制冷温度的耦合关系 |
| 3.3 运行参数对各级制冷性能的影响 |
| 3.4 四级高频脉冲管冷指的优化设计 |
| 3.4.1 蓄冷器的优化设计 |
| 3.4.2 调相机构的优化设计 |
| 3.5 压缩机与冷指的匹配机理 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的?分析模型 |
| 4.1 四级高频脉冲管制冷机复合耦合结构的设计 |
| 4.2 ?分析模型的建立 |
| 4.2.1 动态压力与体积流率 |
| 4.2.2 动态温度 |
| 4.2.3 ?分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 四级复合耦合型高频脉冲管制冷机的运行机理与性能模拟 |
| 5.1 四级高频脉冲管冷指中的?流分析 |
| 5.2 第一级和第二级的?分配 |
| 5.3 第三级和第四级的?分配 |
| 5.4 制冷性能 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 四级高频脉冲管制冷机的实验验证 |
| 6.1 实验设计 |
| 6.1.1 四级高频脉冲管冷指的结构尺寸设计 |
| 6.1.2 线性压缩机 |
| 6.1.3 实验仪器与设备 |
| 6.2 前两级制冷性能 |
| 6.3 第三、四级采用He-4 工质时的制冷性能 |
| 6.3.1 工作频率与充气压力 |
| 6.3.2 输入功率 |
| 6.3.3 制冷性能的耦合关系 |
| 6.4 第三、四级采用He-3 工质的性能 |
| 6.4.1 工作频率与充气压力 |
| 6.4.2 制冷性能 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 主要特色及创新点 |
| 7.3 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）自旋轨道耦合量子气体中的非平衡态动力学的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 在超冷原子中的非平衡态动力学 |
| 1.2 自旋轨道耦合相互作用 |
| 1.2.1 材料中的自旋轨道耦合相互作用 |
| 1.2.2 冷原子中的自旋轨道耦合相互作用 |
| 1.3 论文结构 |
| 第2章 人工合成的自旋轨道耦合规范场 |
| 2.1 拉曼跃迁 |
| 2.2 一维自旋轨道耦合 |
| 2.3 二维自旋轨道耦合规范场的人工合成 |
| 2.4 二维自旋轨道耦合的拓扑性质 |
| 2.4.1 陈数和Berry曲率 |
| 2.4.2 二维自旋轨道耦合的波函数和能带-数值方法 |
| 2.4.3 紧束缚模型下的结果 |
| 2.4.4 能带反转面 |
| 第3章 相关实验技术 |
| 3.1 玻色爱因斯坦凝聚体的制备 |
| 3.2 二维自旋轨道耦合的实验合成 |
| 3.3 二维自旋轨道耦合参数的标定 |
| 3.3.1 光晶格深度和拉曼耦合强度的标定 |
| 3.3.2 确定共振点 |
| 3.4 消除背景噪声的技术 |
| 第4章 利用量子淬火动力学研究体系的拓扑结构 |
| 4.1 理论方案 |
| 4.1.1 基本思想 |
| 4.1.2 实现方案 |
| 4.2 实验实现和测量方法 |
| 4.2.1 实验装置 |
| 4.2.2 标定电光调制器的相位 |
| 4.2.3 量子淬火的实验实现 |
| 4.3 实验结果 |
| 4.3.1 原子云的动力学演化 |
| 4.3.2 精确确定系统的拓扑相图 |
| 4.3.3 从自旋纹理中得到拓扑荷和能带反转面 |
| 4.3.4 动力学的“体-面”对应 |
| 4.3.5 观测到有效拓扑信息的条件 |
| 4.4 创新点和小结 |
| 4.4.1 创新点 |
| 4.4.2 小结 |
| 第5章 利用淬火动力学合成新的拓扑相-霍普绝缘体 |
| 5.1 霍普绝缘体 |
| 5.2 对量子反常霍尔模型淬火实现动力学的霍普绝缘体 |
| 5.2.1 基本理论 |
| 5.2.2 通过布洛赫矢量的(?)分量获得霍普连接和霍普纤维丛 |
| 5.3 实验结果 |
| 5.3.1 布洛赫矢量(?)分量的时间演化 |
| 5.3.2 霍普连接的实验观测 |
| 5.3.3 霍普轮胎面的实验观测 |
| 5.4 二维自旋轨道耦合系统布洛赫矢量的全息成像-理论方案 |
| 5.4.1 基本思想 |
| 5.4.2 二维自旋轨道耦合的相位问题 |
| 5.4.3 拉曼脉冲实现布洛赫矢量的全息成像 |
| 5.4.4 数值模拟 |
| 5.5 创新点和小结 |
| 5.5.1 创新点 |
| 5.5.2 小结 |
| 第6章 在一维自旋轨道耦合中观测非均匀的Kibble-Zurek机制 |
| 6.1 连续相变 |
| 6.2 Kibble-Zurek机制 |
| 6.2.1 均匀的Kibble-Zurek机制 |
| 6.2.2 非均匀的Kibble-Zurek机制 |
| 6.3 实验实现和测量方法 |
| 6.3.1 实验装置 |
| 6.3.2 一维自旋轨道耦合的二阶相变 |
| 6.3.3 一维自旋轨道耦合参数拉曼耦合强度Ω_0的标定 |
| 6.3.4 探索Kibble-Zurek机制的实验步骤 |
| 6.4 实验结果 |
| 6.4.1 观测原子动量分布的分叉结构 |
| 6.4.2 提取时间部分的标度律 |
| 6.4.3 提取空间部分的标度律 |
| 6.5 数值模拟和理论评估 |
| 6.5.1 转变点的理论评估 |
| 6.5.2 临界指数的数值模拟 |
| 6.6 创新点和小结 |
| 6.6.1 创新点 |
| 6.6.2 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（4）液氢温区斯特林脉管制冷机预冷方法的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 1.绪论 |
| 1.1 课题背景和意义 |
| 1.2 脉管制冷机发展历程 |
| 1.3 脉管制冷机预冷结构发展 |
| 1.3.1 液氮预冷的斯特林脉管制冷机 |
| 1.3.2 复合型脉管制冷机 |
| 1.3.3 多级斯特林脉管制冷机 |
| 1.4 20K温区斯特林脉管制冷机的主要科学和技术问题 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 2.斯特林脉管制冷机预冷方法比较研究 |
| 2.1 制冷机热力学分析 |
| 2.1.1 闭式系统热力学分析 |
| 2.1.2 开式系统热力学分析 |
| 2.1.3 带预冷的制冷机热力学分析 |
| 2.2 脉管制冷机的交变流热力学分析 |
| 2.2.1 交变流动的热力学分析 |
| 2.2.2 脉管制冷机损失 |
| 2.2.3 预冷传输管的交变能量流分析 |
| 2.2.4 脉管的预冷方法 |
| 2.3 斯特林脉管制冷机预冷方式分类比较 |
| 2.4 本章小结 |
| 3.预冷传输管脉管制冷机理论分析 |
| 3.1 预冷传输管的脉管制冷机整机模拟研究 |
| 3.1.1 整机模型 |
| 3.1.2 制冷机性能比较 |
| 3.1.3 能量流分布 |
| 3.1.4 预冷传输管结构一维模拟分析 |
| 3.2 预冷传输管CFD分析 |
| 3.2.1 预冷传输管CFD模型 |
| 3.2.2 CFD计算结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.带液氮预冷传输管的斯特林脉管制冷机实验研究 |
| 4.1 液氮预冷斯特林脉管制冷机实验装置 |
| 4.1.1 脉管制冷机系统 |
| 4.1.2 液氮预冷系统 |
| 4.1.3 真空绝热系统 |
| 4.1.4 测量系统和误差分析 |
| 4.2 预冷传输管和高温段回热器对比实验 |
| 4.2.1 实验工况 |
| 4.2.2 对比实验结果分析 |
| 4.3 预冷传输管运行参数优化实验 |
| 4.3.1 脉管长度优化 |
| 4.3.2 运行参数优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 5.基于DC流的预冷脉管制冷机理研究 |
| 5.1 两级斯特林脉管制冷机DC流研究 |
| 5.1.1 脉管制冷机DC流模型 |
| 5.1.2 模拟结果分析 |
| 5.2 双向进气和DC流效果对比 |
| 5.2.1 两级斯特林脉管制冷机的双向进气和DC流对比 |
| 5.2.2 预冷传输管的脉管制冷机的双向进气与DC流效果对比 |
| 5.3 DC流的实验验证 |
| 5.3.1 两级脉管制冷机DC流实验装置 |
| 5.3.2 DC流实验结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 6.全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（5）航天直线斯特林制冷机驱动控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 课题研究现状 |
| 1.3 主要研究内容、创新点及章节安排 |
| 2 斯特林制冷机控制方案设计 |
| 2.1 斯特林制冷机的工作原理 |
| 2.2 直线分置式斯特林制冷机 |
| 2.3 斯特林制冷机温度控制算法 |
| 2.4 控制系统方案设计 |
| 2.5 性能指标要求 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 制冷机控制方案设计 |
| 3.1 基于FPGA和半桥驱动芯片的制冷机驱动控制方案 |
| 3.2 基于DSP和全桥驱动芯片的制冷机驱动控制方案 |
| 3.3 系统抗干扰设计 |
| 3.4 应用指标要求 |
| 3.5 本章总结 |
| 4 实验与结果分析 |
| 4.1 搭建实验验证平台 |
| 4.2 各项指标及其验证方法 |
| 4.3 测试结果 |
| 4.4 控制精度与偏差分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）混合工质回热式一次节流制冷系统回热器的热力分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 关于低温制冷技术 |
| 1.1.2 关于低温制冷系统中换热器的应用 |
| 1.1.3 研究意义 |
| 1.2 混合工质一次节流制冷系统研究进展 |
| 1.2.1 混合工质组分选择及优化研究 |
| 1.2.2 混合工质相变传热研究 |
| 1.2.3 换热器两相流动研究进展 |
| 1.3 主要研究内容及方法 |
| 1.3.1 存在的问题 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 技术路线 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 低温混合工质回热式制冷系统试验 |
| 2.1 纯工质与混合工质回热器换热负荷分析对比 |
| 2.2 混合工质回热式一次节流制冷实验系统 |
| 2.2.1 混合工质回热式节流制冷系统系统流程 |
| 2.2.2 混合工质配气及充注系统 |
| 2.2.3 测量参数及数据处理方法 |
| 2.3 实验方案及步骤 |
| 2.3.1 系统检漏 |
| 2.3.2 系统抽真空 |
| 2.3.3 混合工质的配气及充注过程 |
| 2.3.4 实验系统的启动 |
| 2.4 实验结果分析 |
| 2.4.1 两种三元混合工质在回热换热器中的温度及压力分布 |
| 2.4.2 两种四元混合工质在回热换热器中的温度及压力分布 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 混合工质制冷物性及其计算比较 |
| 3.1 混合工质的汽液相平衡理论基础 |
| 3.2 混合工质的相平衡状态方程的确定 |
| 3.2.1 PR状态方程 |
| 3.2.2 PT状态方程 |
| 3.3 算例计算 |
| 3.3.1 焓熵计算方程 |
| 3.3.2 焓熵计算结果 |
| 3.3.3 混合工质中各组分不同纯工质的等温节流效应分析 |
| 3.3.4 不同混合工质组分对回热式制冷循环的影响 |
| 3.4 制冷剂选择 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 深冷混合工质回热换热器的传热特性极其模拟 |
| 4.1 混合工质回热换热器的物理数学模型 |
| 4.1.1 回热换热器的基本计算模型 |
| 4.1.2 纯工质的单相传热系数计算 |
| 4.1.3 混合工质的相变沸腾传热系数计算 |
| 4.1.4 混合工质的相变冷凝传热系数计算 |
| 4.2 回热器内混合工质流动的物理数学模型 |
| 4.2.1 摩擦阻力的均相模型 |
| 4.2.2 摩擦阻力的分相流动模型 |
| 4.2.3 绕管式回热器的流动特性 |
| 4.3 基于COMSOL Multiphysics的混合工质在回热器内流动的数值模拟 |
| 4.3.1 物理建模极其网格划分 |
| 4.3.2 模型假设 |
| 4.3.3 数学模型的建立 |
| 4.4 模拟结果分析 |
| 4.4.1 三元混合工质在回热器流动过程中的温度分布 |
| 4.4.2 三元混合工质在回热器流动过程中的压力分布 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于混合工质选择的整体性分析 |
| 5.1 基于安全性对四种混合工质的整体分析 |
| 5.1.1 混合工质安全等级分析 |
| 5.1.2 混合工质的爆炸极限研究 |
| 5.2 基于工质制冷性能对四种混合工质的整体分析 |
| 5.3 基于工质环保性能对四种混合工质的整体分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间发表论文及参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（7）空间机械制冷机微振动机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外制冷机产品研究现状 |
| 1.2.2 国内制冷机产品研究现状 |
| 1.2.3 国外制冷机微振动研究现状 |
| 1.2.4 国内制冷机微振动研究现状 |
| 1.2.5 微振动测量研究现状 |
| 1.3 研究主要内容和方法 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 研究方法 |
| 第2章 微振动特性及机械制冷机组成与分类 |
| 2.1 微振动特性 |
| 2.2 机械制冷机工作原理及分类 |
| 2.2.1 机械制冷机工作原理 |
| 2.2.2 制冷机振动分析 |
| 2.2.3 机械制冷机分类 |
| 第3章 压缩机气体弹簧和间隙气体阻尼力学模型 |
| 3.1 压缩机动力学建模 |
| 3.1.1 直线压缩机简化动力学模型 |
| 3.1.2 微振动传递路径 |
| 3.1.3 压缩机动力学模型 |
| 3.1.4 密封间隙气体阻力模型 |
| 3.1.5 压缩腔气体力学模型 |
| 3.2 压缩机振动特性分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 压缩机板弹簧设计与分析 |
| 4.1 板弹簧支撑原理 |
| 4.2 板弹簧模型建立与网格划分 |
| 4.3 板弹簧刚度分析结果 |
| 4.4 谐响应分析结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 制冷机微振动测试与分析 |
| 5.1 微振动测试技术概述 |
| 5.2 测试台工作原理 |
| 5.3 制冷机振动测量方法 |
| 5.4 制冷机的测试工况 |
| 5.5 测试设备 |
| 5.6 测试结果 |
| 5.6.1 未加载产品测试结果 |
| 5.6.2 加载产品测试结果 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间所取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
（8）机械制冷机高精度温控的系统仿真与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的背景与意义 |
| 1.2 课题的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.2.3 研究现状分析总结 |
| 1.3 主要研究内容、创新点及章节安排 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 本文创新点 |
| 1.3.3 本文章节安排 |
| 第二章 机械制冷机原理与数学模型 |
| 2.1 机械制冷机原理 |
| 2.1.1 基本型脉冲管制冷机 |
| 2.1.2 脉冲管制冷机的发展 |
| 2.2 机械制冷机温控系统组成 |
| 2.3 机械制冷机数学模型 |
| 2.3.1 驱动控制电路数学模型 |
| 2.3.2 制冷机数学模型 |
| 2.4 机械制冷机温控系统模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 机械制冷机温控算法 |
| 3.1 PID控制原理 |
| 3.2 数字PID控制 |
| 3.2.1 位置式PID控制 |
| 3.2.2 增量式PID控制 |
| 3.3 PID参数整定分析 |
| 3.3.1 经典PID参数整定方法 |
| 3.3.2 基于稳定裕度的PID参数整定方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 机械制冷机的系统仿真 |
| 4.1 仿真模型建立 |
| 4.1.1 驱动电路仿真模型 |
| 4.1.2 压缩机仿真模型 |
| 4.1.3 控制系统和制冷机及杜瓦组件仿真模型 |
| 4.2 仿真模型验证 |
| 4.3 温度控制算法稳定裕度分析 |
| 4.4 温控影响因素分析 |
| 4.4.1 热负载分析 |
| 4.4.2 环境温度分析 |
| 4.4.3 冷头温度信号噪声分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 实验与结果分析 |
| 5.1 实验台 |
| 5.2 实验研究 |
| 5.2.1 驱动电路 |
| 5.2.2 PID控制参数 |
| 5.2.3 机械制冷机控温稳定性 |
| 5.2.4 环境温度对控温稳定性影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结与主要结论 |
| 6.2 研究方向展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）柔性换热器网络综合与先进控制集成研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 确定性换热器网络综合的研究 |
| 1.3 柔性换热器网络的研究 |
| 1.3.1 稳态柔性换热器网络分析及综合方法 |
| 1.3.2 动态柔性换热器网络分析及综合方法 |
| 1.4 可控性换热器网络的研究 |
| 1.5 换热器网络综合与控制集成研究 |
| 1.6 本文主要研究内容及组织结构 |
| 2 考虑柔性与可控性的换热器网络综合 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 问题描述 |
| 2.3 考虑柔性与可控性的换热器网络同步综合方法 |
| 2.4 优化初始旁路开度 |
| 2.4.1 扰动传播辨识 |
| 2.4.2 扰动传播量化 |
| 2.4.3 初始旁路开度 |
| 2.5 优化旁路位置 |
| 2.5.1 不同的旁路对换热器网络柔性和可控性的影响 |
| 2.5.2 灵敏度系数 |
| 2.6 考虑柔性和可控性的换热器网络综合数学模型 |
| 2.7 算例分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 动态柔性换热器网络综合 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述 |
| 3.3 动态柔性换热器网络综合方法 |
| 3.4 数学模型 |
| 3.4.1 过程扰动 |
| 3.4.2 动态柔性分析 |
| 3.4.3 换热器网络结构综合 |
| 3.5 算例分析 |
| 3.5.1 算例1 |
| 3.5.2 算例2 |
| 3.5.3 算例3 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 换热器网络的双层控制结构设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 问题描述 |
| 4.3 相对增益矩阵的数学模型 |
| 4.4 双层控制结构设计方法 |
| 4.5 外层控制结构 |
| 4.6 内层控制结构 |
| 4.7 算例分析 |
| 4.7.1 算例1 |
| 4.7.2 算例2 |
| 4.7.3 算例3 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 动态柔性换热器网络综合与先进控制同步集成 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 动态柔性换热器网络综合与先进控制同步集成方法 |
| 5.3.1 离散化的动态柔性换热器网络综合 |
| 5.3.2 动态柔性换热器网络综合与先进控制间迭代计算 |
| 5.3.3 先进控制器 |
| 5.4 数学模型 |
| 5.4.1 动态柔性换热器网络综合 |
| 5.4.2 换热器网络的先进控制 |
| 5.4.3 控制性能量化值 |
| 5.5 算例分析 |
| 5.5.1 算例1 |
| 5.5.2 算例2 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 动态柔性换热器网络综合与先进控制同步集成在工程实践中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 动态柔性综合与先进控制同步集成 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 公式推导 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 蒸发冷却技术国内外研究进展 |
| 1.2.1 直接蒸发冷却技术 |
| 1.2.2 间接蒸发冷却技术 |
| 1.2.3 蒸发冷却组合式空调 |
| 1.3 喷射制冷技术国内外研究进展 |
| 1.3.1 喷射器 |
| 1.3.2 喷射器的性能评价 |
| 1.3.3 喷射制冷国内外研究进展 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统模型 |
| 2.1 新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统运行原理 |
| 2.2 设备及系统的数学模型 |
| 2.2.1 间接蒸发冷却器模型 |
| 2.2.2 喷射器模型 |
| 2.2.3 新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统数学模型 |
| 2.2.4 制冷剂的选择 |
| 2.3 喷射制冷子系统热力学性质分析 |
| 2.3.1 检测点状态参数的确定 |
| 2.3.2 发生温度对喷射制冷子系统的影响 |
| 2.3.3 蒸发温度对喷射制冷子系统的影响 |
| 2.3.4 冷凝温度对喷射制冷子系统的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 系统设计与设备选型 |
| 3.1 实验系统 |
| 3.2 换热器 |
| 3.2.1 间接蒸发冷却器 |
| 3.2.2 翅片换热器 |
| 3.2.3 板式换热器 |
| 3.3 喷射器 |
| 3.4 泵与风机 |
| 3.4.1 工质泵 |
| 3.4.2 喷淋水泵 |
| 3.4.3 冷却水泵 |
| 3.4.4 风机 |
| 3.5 压力容器 |
| 3.5.1 储液罐 |
| 3.5.2 发生器 |
| 3.6 阀门 |
| 3.7 其他装置 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 数据检测采集与系统调试 |
| 4.1 间接蒸发冷却子系统的数据检测 |
| 4.2 喷射制冷子系统的数据检测 |
| 4.2.1 流量检测 |
| 4.2.2 温度检测 |
| 4.2.3 压力检测 |
| 4.3 数据采集端 |
| 4.4 系统搭建与调试 |
| 4.4.1 实验系统搭建 |
| 4.4.2 实验系统及调试 |
| 4.5 实验步骤 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 实验结果及分析 |
| 5.1 蒸发冷却子系统 |
| 5.2 喷射制冷子系统 |
| 5.3 实验不确定度分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 主要工作小结 |
| 6.2 存在问题与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况 |
| 致谢 |
四、A Computational Model for Two-stage 4K-Pulse Tube Cooler: Part I. Theoretical Model and Numerical Method（论文参考文献）
- [1]星载斯特林型脉管制冷机性能波动研究[D]. 赵鹏. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [2]液氦温区四级高频脉冲管制冷机的理论与实验研究[D]. 查睿. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(01)
- [3]自旋轨道耦合量子气体中的非平衡态动力学的实验研究[D]. 易常瑞. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]液氢温区斯特林脉管制冷机预冷方法的理论与实验研究[D]. 黄宸. 浙江大学, 2020
- [5]航天直线斯特林制冷机驱动控制技术研究[D]. 刘洋. 西安工业大学, 2020(04)
- [6]混合工质回热式一次节流制冷系统回热器的热力分析[D]. 黄新磊. 天津商业大学, 2020(11)
- [7]空间机械制冷机微振动机理研究[D]. 张东风. 北华航天工业学院, 2020(08)
- [8]机械制冷机高精度温控的系统仿真与实验研究[D]. 孟晓倩. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2019(03)
- [9]柔性换热器网络综合与先进控制集成研究[D]. 顾偲雯. 大连理工大学, 2019(01)
- [10]新型蒸发冷却-喷射制冷空调系统研究[D]. 丁先禹. 西安工程大学, 2019(02)