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深低温区斯特林脉管制冷机理及损失特性研究综述报告
深低温区斯特林脉管制冷机理及损失特性研究综述报告
一、引言
随着现代社会对冷链物流和液氢等深低温技术的需求不断增加，深低温制冷技术也得到了更广泛的关注。斯特林脉管制冷机是一种适用于深低温制冷的新型制冷设备，与传统的制冷机相比，其具有高能效、低噪音、无环境污染等优点。
二、斯特林脉管制冷机理
1.基本原理
斯特林脉管制冷机的基本原理是通过斯特林循环来实现制冷的过程。斯特林循环是一种由两个等压过程和两个等体积过程组成的理想循环，它的工作流程如下：
（1）等体积加热：氢气从低温热源A进入斯特林脉管，通过内燃机或其它热源将热能传递给氢气，使其内能增加，同时使气体内部压力得到增加。
（2）等压膨胀：高压氢气通过冷凝器流入到脉管中，此时的压力较高，内能较大。然后经过扩展阀膨胀，此过程中氢气的温度下降。
（3）等体积冷却：低温氢气通过冷凝器流回到热源A之前，先经过冷却器，使气体压力下降，同时气体内部温度也下降。
（4）等压压缩：低压氢气再次回到热源A，它经过压缩器的压缩，此过程中氢气的温度及压力均升高。
2.工作特性
斯特林脉管制冷机的工作特性取决于其内部的传热和传质过程，主要包括导热、对流、辐射和传质等。斯特林脉管制冷机的工作流程是基于大量氢气的吸放热量来完成的。该机的工作效率随着工作温度的下降而降低，但与常规的压缩式制冷机相比，斯特林脉管制冷机的效率要高得多。因此，在深低温领域中，斯特林脉管制冷机具有重要的应用前景。
三、斯特林脉管制冷机损失特性研究
斯特林脉管制冷机的损失特性是决定其性能好坏的一个重要因素。损失包括引起制冷机性能下降的各种效应，如渐进效应、焦耳热效应、机械效应、流体流动效应和环境效应等。以下是对这些损失的简单解释和分析。
1.渐进效应：当氢气在脉管中流动时，内部熵随着时间的增加而增加，氢气即使在脉管内部不进行任何热交换，熵值也会逐渐增加。这种现象被称为渐进效应，它会导致氢气的温度下降速度变慢，影响制冷效果。
2.焦耳热效应：斯特林脉管制冷机中涉及到的一些部件会因氧化或者机械磨损而产生摩擦，从而会产生大量的热能。这些热能就是焦耳热效应，它会消耗电能并加热制冷机，从而对其制冷效果造成影响。
3.机械效应：制冷机中的几个重要部件，如活塞、活塞环和活塞杆等，在热膨胀和冷收缩的过程中会产生不同程度的摩擦，从而会消耗电能，并对制冷机的制冷效能产生影响。
4.流体流动效应：斯特林脉管制冷机中的流体流动速度会随着压力的变化而发生改变，从而会影响传热效率。同时，流体流动也会引起流体的扰动和涡旋，降低制冷效果。
5.环境效应：斯特林脉管制冷机的性能还受到环境因素的影响，如空气温度、湿度和风速等。这些因素会对制冷机的冷源供给和热阻造成影响，从而降低其制冷性能。
四、结论
斯特林脉管制冷机是一种适用于深低温制冷的新型制冷设备，具有高能效、低噪音、无环境污染等优点。其工作原理是通过斯特林循环来实现制冷的过程。但斯特林脉管制冷机的损失特性会影响其制冷性能，主要包括渐进效应、焦耳热效应、机械效应、流体流动效应和环境效应等。因此，未来对斯特林脉管制冷机的研究不仅需要关注其基本原理和工作特性，还需要注重对其损失特性的深入研究，以提高其制冷效率并扩大其在深低温领域的应用范围。