4K高频回热器损失机理研究

4K低温制冷机在超导、航天、医疗以及低温物理学等高新科学技术领域具有重要应用前景。4K高频脉管制冷机具有可靠性高、结构紧凑及潜在的高效率等优点而成为当前该领域的研究热点。研究内容从低频走向高频，从液氮温区发展至液氦温区，涉及低温工质的特殊性质以及极低温制冷机的结构原理，具有重要的研究与应用价值。然而，4K高频脉管制冷机的研究尚处于起步阶段。回热器是脉管制冷机的核心部件，其效率直接影响脉管制冷机的性能。回热器内部流动与传热相互制约，并且在4K极低温区及高频下具有特殊性质。研究不同温区下回热器的流动及传热特性，并且针对多级脉管制冷机各级回热器分别进行性能优化，是提高4K高频回热器效率的关键所在。此外，4K高频回热器冷热端温差极大，且高频交变流动对于脉管制冷机内部的应力分布具有重要影响，因此对其内部应力进行分析并找到适当的应力补偿措施对于提高4K低温制冷机的可靠性及寿命具有重要意义。

4 K低温制冷机在超导、航天、医疗以及低温物理学等高新科学技术领域具有重要应用前景。4 K高频脉管制冷机具有可靠性高、结构紧凑及潜在的高效率等优点而成为当前该领域的研究热点。研究内容从低频走向高频，从液氮温区发展至液氦温区，涉及低温工质的特殊性质以及极低温制冷机的结构原理，具有重要的研究与应用价值。回热器是脉管制冷机的核心部件，其效率直接影响脉管制冷机的性能。本项目系统研究了4 K回热器在高频下流动及传热的特殊性质，主要内容包括：回热器各级温位布置方式对4 K斯特林型脉管制冷机制冷性能及各级回热器焓流损失分布的影响；比较了4 K温区最末级回热器采用Gd2O2S（新型磁性回热填料）与HoCu2多层回热填料以及采用HoCu2单一回热填料时，液氦温区回热器在高频下的回热特性及到达4 K温区各级回热器的预冷量要求；回热器空体积对线性压缩机输出性能及4 K高频脉管制冷机各级回热器流动压降及回热效率的影响；比较了不同冷端声功下的高频脉管制冷机脉管热端调相机构温度对带预冷的4 K高频脉管制冷机系统效率的影响；探索了20 K以下温区减小回热器中氦工质实际气体损失的有效方法。上述研究为进一步明确4 K高频脉管制冷机回热损失机理奠定了良好的基础，并可为三级液氦温区高频脉管制冷机的设计提供参考依据。