专利摘要

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。

权利要求

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。

说明书

技术领域：

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。

背景技术：

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。

发明内容：

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T_co；

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u_avg： ρ为待评价回热器(6)对数平均温度下的密度，A_reg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，u_i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。

实际应用时，第一动态压力传感器4、第二动态压力传感器7均为压电传感器类型，其型号为Kistler603B1；位移传感器2为LVDT位移传感器，温度传感器为PT100。

该专利装置的测试方法按以下步骤进行：

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T_co；

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u_avg： ρ为待评价回热器(6)对数平均温度下的密度，A_reg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，u_i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。粘性阻力系数和惯性阻力系数是评价回热器阻力特性的重要评价指标。

最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本专利精神和范围的前提下，本专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

一种回热器阻力系数测试装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。