脉管压缩机

脉管压缩机是与无液氦稀释制冷机配套使用的低温设备，稀释制冷机通过氦气稀释致冷原理，mK级别冷头需工作在K级别的外界环境中，脉管压缩机就是维持稀释制冷机腔体外部的低温环境维持系统。在此系统中，稀释制冷机冷头才能够快速降温，将量子芯片区域降至mK级别，进行相关实验。脉管压缩机是通过将液氦（氦3氦4混合气）上方的蒸汽抽掉并压缩回收，使液体区其进一步蒸发降温从而控制其液体在K温度量级。 2100433B

可将稀释制冷机环境维持在4K温度区间，并配有减震装置，防止长期使用震动将各连接端口送掉导致氦气泄露造成浪费。尤为重要的是，此脉管制冷机通过专利结构设计，将外部4K区间进行辐射屏蔽包裹，最大程度降低了外界噪声对内部低温区的影响，这样可以有效提高我们比特样品的相干时间。

利用高低压气体对脉管腔的充放气而获得制冷效果的微型低温制冷机。

脉管制冷机是一种没有低温下运动部件的低温制冷机，与斯特林制冷机相比，具有低振动，结构简单，可靠性高的优点，已经广泛应用于卫星上红外探测器的冷却。目前的脉管制冷机的调相方式主要是双向进气与惯性管，理论效率较低，应用于超导电缆冷却等方面时，无法满足需求。同时，制冷温度低于35K时的效率也无法满足一些空间项目的要求。因此需要一种理论效率能与斯特林制冷机相等的脉管制冷机。室温推移活塞脉管制冷机是目前理论上来说最好的一种。本项目针对该种脉管制冷机进行研究，主要研究了室温推移活塞的功回收与调相机理，双级脉管制冷机中调相与功分配的耦合机理，压比对效率与功率密度的影响，直线压缩机与冷头和推移活塞的匹配机理。已完成以上研究内容。除了实验验证了单级与双级室温推移活塞脉管制冷机外，还进行了脉管热发动机与脉管热泵的实验验证。实现了单级无负荷温度37.7K和比卡诺效率15.5%。基于这些研究成果，已发表期刊论文11篇，2篇已录用待发表，会议论文21篇，其中6篇SCI ，6篇EI ；申请专利38项，其中已授权9项，29项在公开与实审中；在本项目资助下已毕业硕士6人，目前在读硕士生5人，在读博士生2人也均参与本项目。项目组成员积极参加国内外学术会议与交流，邀请外国专家交流，资助学生国外短期留学访问等。在该项目中，以功回收思想为基础，发现了数种新型的功回收型脉管制冷机，这些重要的原创发明作为热机家族的新成员，解决了一些制冷机的未曾解决的问题。本项目为高效率脉管制冷机今后走向实际应用打下了坚实的理论基础。20K温区的制冷机将会解决一些空间任务的技术瓶颈，也有望应用于液氢领域，为燃料电池等领域氢能源的使用提供一个新的手段；高效率77K的脉管制冷机也有望在超导电缆冷却方面发挥重要作用。该项目取得的原创性的发明将为今后脉管制冷机的进一步发展做出铺垫。

首次对脉管制冷机的脉管进行3维非稳态场模拟，对回热器应用2维场模拟、对连接管道用1维模型（3-2-1模型），构成脉管制冷的最先进的物理数学模型，发展相应的数值方法。数值模拟结果通过实研验证。该模型可能查明现有各种模型无法揭示的脉管制冷机中的复杂物理过程，揭示脉管制冷机的工作机理，提出实质性的改进方案，以进一步提高其性能。