本专利公开了一种回热器阻力系数测试装置。其包括待评价回热器，配套的制冷机其他部件，以及动态压力传感器、位移传感器、温度传感器。通过改变压缩机的输入功，改变流入回热器氦气的速度，同时调节加热片加热量保持制冷温度不变，测出不同输入功下回热器的速度与压降，拟合出压降关于速度的一元二次关系式，从而得到回热器粘性阻力系数和惯性阻力系数。本专利优点在于：通过测得回热器两端压力波，间接计算得到回热器进出口速度值，规避了使用热线风速仪测速时对实际速度场造成的影响，从而得到回热器阻力系数，有利于从机理上完善制冷机的设计过程。
A Testing Device for Resistance Coefficient of Regenerator
【技术实现步骤摘要】
一种回热器阻力系数测试装置
：本专利隶属于回热式低温制冷机领域，具体涉及一种适用于测试脉管制冷机回热器阻力系数的装置。
技术介绍
：脉管制冷机是一种新型回热式低温制冷机，与传统斯特林制冷机相比，它消除了冷端的机械运动部件，采用热端的调相机构来获得理想的相位关系，具有结构简单、振动小、可靠性高等优点。脉管制冷机由线性压缩机、脉管冷指、调相机构三部分组成，而回热器作为脉管冷指的关键部件之一，其损失在脉管制冷机总损失中占有较大比例，其性能好坏决定了脉管制冷机的制冷性能。由于回热器由几百甚至上千片高目数丝网层叠而成，实际上每台脉管制冷机其回热器内部流动阻力特性都是不一致的，但常用的计算软件却算不准回热器内部阻力，从而会影响到脉管制冷机设计过程，因此需要对回热器阻力特性进行机理性研究。但针对回热器内部损失机理的基础研究，一直以来未能得到很好地解决，针对脉管制冷机工作状态下交变流动回热器的阻力特性研究较少，尤其对于粘性阻力系数和惯性阻力系数的研究。目前并未有一种有效的方法能够适用于测试回热器实际阻力系数。
技术实现思路
：本专利的目的是提供一种结构简单、能够避免使用热线风速仪的测试脉管制冷机回热器阻力系数的装置，解决现有脉管制冷机无法对回热器阻力系数大小进行独立、有效的评价的问题，同时规避了使用热线风速仪测速时对实际速度场造成的影响。本专利的测试回热器阻力系数的装置，包括线性压缩机1、位移传感器2、制冷量测量系统3、第一压力传感器4、回热器热端换热器5、待评价回热器6、第二压力传感器7、回热器冷端换热器8、脉管9、真空杜瓦10、脉管热端换热器11、惯性管12、气库13、温度传感器14；其特征在于：所述线性压缩机1出口连接第一动态压力传感器4；第一动态压力传感器4与回热器热端换热器5进气口连接；回热器热端换热器5出气口连接待评价回热器6；待评价回热器6出气口与回热器冷端换热器8连接；回热器冷端换热器8出气口连接脉管9；脉管9出气口与脉管热端换热器11连接；脉管热端换热器11出气口连接惯性管12；惯性管12与气库13进气口连接；待评价回热器6外围安装真空杜瓦10，保持测试时高真空度；回热器冷端换热器8安装制冷量测量系统3测量制冷温度与制冷量；线性压缩机1压缩活塞上安装位移传感器2，线性压缩机1出口处安装温度传感器14；回热器冷端换热器8上安装第二动态压力传感器7；第一动态压力传感器4和第二动态压力传感器7均为压电传感器类型。本专利的测试回热器阻力系数的方法，包括以下步骤：步骤1)通过第一动态压力传感器(4)测量得待评价回热器(6)入口压力波P1；通过第二动态压力传感器(7)测量得待评价回热器(6)出口压力波P2；步骤2)通过位移传感器(2)测量得线性压缩机(1)活塞的单边位移行程x，通过温度传感器(14)测量得线性压缩机(1)压缩腔的气体温度Tco；步骤3)根据热声学理论间接计算得到线性压缩机(1)活塞表面质量流幅值为：其中A为活塞截面积，f为运行频率，x为活塞的单边位移行程，P0为待评价回热器(6)内部的平均压力，R为气体常数；步骤4)用堵头堵住线性压缩机(1)上连管出口，保证连管出口的压力波幅值等于待评价回热器(6)入口处压力波幅值P1，线性压缩机(1)活塞与待评价回热器(6)入口之间气体体积所引起的质量流为：其中A为活塞截面积，f为运行频率，x2为活塞的单边位移行程，P0为待评价回热器(6)内部的平均压力，R为气体常数；步骤5)构建线性压缩机(1)活塞表面质量流和待评价回热器(6)入口质量流矢量三角形，可求出待评价回热器(6)入口质量流幅值θ2为线性压缩机(1)活塞位移波与线性压缩机(1)连管出口压力波之间的相位角，θ1为线性压缩机(1)活塞位移波与待评价回热器(6)入口压力波P1之间的相位角；步骤6)根据三角形定律，联立方程组，可求得待评价回热器(6)出口质量流式中为待评价回热器(6)理论入口质量流，为待评价回热器(6)理论入口质量流与出口质量流之间的相位角，为待评价回热器(6)理论空体积引起的质量流，为待评价回热器(6)入口质量流与待评价回热器(6)空体积引起的质量流之间的相位角，为待评价回热器(6)实际空体积质量流与理论空体积质量流之间的相位角，为待评价回热器(6)实际入口质量流，为待评价回热器(6)实际空体积引起的质量流，为待评价回热器(6)实际空体积质量流与待评价回热器(6)出口压力波之间的相位角，为待评价回热器(6)入口质量流与待评价回热器(6)入口压力波之间的相位角，为待评价回热器(6)出口压力波和待评价回热器(6)入口压力波之间的相位角，为待评价回热器(6)理论空体积质量流与待评价回热器(6)出口压力波之间的相位角，为待评价回热器(6)出口压力波和待评价回热器(6)出口质量流之间的相位角。步骤7)回热器速度值uavg：ρ为待评价回热器(6)对数平均温度下的密度，Areg为待评价回热器(6)的横截面积；步骤8)最后拟合得到压降关于速度的一元二次关系式，其中α和C分别为待评价回热器(6)的粘性阻力系数和惯性阻力系数，其中ΔP为待评价回热器(6)的压降，ui为沿待评价回热器(6)方向上的速度，L为待评价回热器(6)长度，μ和ρ分别为待评价回热器(6)中气体的动力粘度和密度。本专利的优点在于：实际脉管中流速难以直接测得准确值，尤其在回热器冷端出口位置，若使用热线风速仪测速，会对实际速度场造成影响，测量结果存在一定偏差。本专利装置能够在不直接测量回热器进出口速度的情况下，通过测得回热器两端压力波，间接计算得到回热器进出口速度值，从而得到回热器阻力系数，结构简单，规避了使用热线风速仪测速时对实际速度场造成的影响，有利于从机理上完善脉管制冷机的设计过程。附图说明：图为本专利用于测试回热器阻力系数的装置示意图；图中：1、线性压缩机；2、位移传感器；3、制冷量测量系统；4、第一压力传感器；5、回热器热端换热器；6、待评价回热器；7、第二压力传感器；8、回热器冷端换热器；9、脉管；10、真空杜瓦；11、脉管热端换热器；12、惯性管；13、气库；14、温度传感器。具体实施方式：下面结合附图及实施例进一步描述本专利。如图所示，本专利的测试回热器阻力系数的装置，包括线性压缩机1、位移传感器2、制冷量测量系统3、第一压力传感器4、回热器热端换热器5、待评价回热器6、第二压力传感器7、回热器冷端换热器8、脉管9、真空杜瓦10、脉管热端换热器11、惯性管12、气库13、温度传感器14；采用线性压缩机1出口螺纹连接第一动态压力传感器4；第一动态压力传感器4与回热器热端换热器5进气口法兰连接；回热器热端换热器5出气口与待评价回热器6法兰连接；待评价回热器6出气口与回热器冷端换热器8法兰连接；回热器冷端换热器8出气口与脉管9通过法兰连接；脉管9出气口与脉管热端换热器11法兰连接；脉管热端换热器11出气口与惯性管12法兰连接；惯性管12与气库13进气口法兰连接；待评价回热器6外围安装真空杜瓦10，保持测试时真空度10-4Pa以上；回热器冷端换热器8安装制冷量测量系统3的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机1压缩活塞上安装位移传感器2，线性压缩机1出口处安装温度传感器14；回热器冷端换热器8上安装第二动态压力传感器7；第一动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种回热器阻力系数测试装置，包括线性压缩机(1)、位移传感器(2)、制冷量测量系统(3)、第一动态压力传感器(4)、回热器热端换热器(5)、待评价回热器(6)、第二动态压力传感器(7)、回热器冷端换热器(8)、脉管(9)、真空杜瓦(10)、脉管热端换热器(11)、惯性管(12)、气库(13)、温度传感器(14)；其特征在于：所述线性压缩机(1)出口连接第一动态压力传感器(4)；第一动态压力传感器(4)与回热器热端换热器(5)进气口连接；回热器热端换热器(5)出气口连接待评价回热器(6)；待评价回热器(6)出气口与回热器冷端换热器(8)连接；回热器冷端换热器(8)出气口连接脉管(9)；脉管(9)出气口与脉管热端换热器(11)连接；脉管热端换热器(11)出气口连接惯性管(12)；惯性管(12)与气库(13)进气口连接；待评价回热器(6)外围安装真空杜瓦(10)，保持测试时高真空度；回热器冷端换热器(8)安装制冷量测量系统(3)测量制冷温度与制冷量；线性压缩机(1)压缩活塞上安装位移传感器(2)，线性压缩机(1)出口处安装温度传感器(14)；回热器冷端换热器(8)上安装第二动态压力传感器(7)；第一动态压力传感器(4)和第二动态压力传感器(7)均为压电传感器类型。...
【技术特征摘要】
1.一种回热器阻力系数测试装置，包括线性压缩机(1)、位移传感器(2)、制冷量测量系统(3)、第一动态压力传感器(4)、回热器热端换热器(5)、待评价回热器(6)、第二动态压力传感器(7)、回热器冷端换热器(8)、脉管(9)、真空杜瓦(10)、脉管热端换热器(11)、惯性管(12)、气库(13)、温度传感器(14)；其特征在于：所述线性压缩机(1)出口连接第一动态压力传感器(4)；第一动态压力传感器(4)与回热器热端换热器(5)进气口连接；回热器热端换热器(5)出气口连接待评价回热器(6)；待评价回热器(6)出气口与回热器冷端换热器...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘少帅，吴亦农，蒋珍华，汤逸豪，丁磊，朱海峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31
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