第2章 制冷方法

1、第第2 2章章 制冷方法制冷方法2.1 2.1 物質(zhì)相變制冷物質(zhì)相變制冷2.2 2.2 電、磁、聲制冷電、磁、聲制冷2.3 2.3 氣體渦流管制冷氣體渦流管制冷 2.4 2.4 氣體膨脹制冷氣體膨脹制冷 2.1.1 2.1.1 蒸氣壓縮制冷蒸氣壓縮制冷2.1.2 2.1.2 吸收式制冷吸收式制冷 2.1.3 2.1.3 吸附式制冷吸附式制冷2.1.4 2.1.4 蒸汽噴射式制冷蒸汽噴射式制冷2.5 2.5 絕熱放氣制冷絕熱放氣制冷 氣體液體固體凝固熔解升華凝華冷凝蒸發(fā)2.1 物質(zhì)相變制冷物質(zhì)相變制冷圖圖2.12.1NEXT液體蒸發(fā)制冷液體蒸發(fā)制冷2.1.1 蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷包含：包

2、含： 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 冷凝器冷凝器 節(jié)流閥節(jié)流閥 蒸發(fā)器蒸發(fā)器2.1.2 蒸氣吸收式制冷蒸氣吸收式制冷包含：包含： 吸收器吸收器 發(fā)生器發(fā)生器 溶液泵溶液泵 熱交換器熱交換器 冷凝器冷凝器 節(jié)流閥節(jié)流閥 蒸發(fā)器蒸發(fā)器 吸收工質(zhì)對吸收工質(zhì)對水水- -氨；溴化鋰水溶液氨；溴化鋰水溶液- -水水 工作原理：一定的液體對某種制冷劑氣工作原理：一定的液體對某種制冷劑氣體的吸收能力隨溫度不同而變化體的吸收能力隨溫度不同而變化 消耗熱能消耗熱能2.1.3 吸附式制冷吸附式制冷 吸附工質(zhì)對吸附工質(zhì)對沸石沸石- -水；硅膠水；硅膠- -水；活性炭水；活性炭- -甲醇；氯化鍶甲醇；氯化鍶- -氨；氯化鈣氨；氯化鈣-

3、 -氨氨 間歇制冷，可采用兩個(gè)以上吸附器實(shí)現(xiàn)間歇制冷，可采用兩個(gè)以上吸附器實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷連續(xù)制冷 工作原理：一定的固體吸附劑對某種制工作原理：一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體的吸附能力隨溫度不同而變化冷劑氣體的吸附能力隨溫度不同而變化 有物理吸附和化學(xué)吸附兩種方式有物理吸附和化學(xué)吸附兩種方式包含：包含： 噴射器噴射器 冷凝器泵冷凝器泵 鍋爐鍋爐 冷凝器冷凝器 節(jié)流閥節(jié)流閥 蒸發(fā)器蒸發(fā)器2.1.4 蒸氣噴射式制冷蒸氣噴射式制冷 蒸氣噴射式制冷機(jī)只用單一物質(zhì)為工質(zhì)蒸氣噴射式制冷機(jī)只用單一物質(zhì)為工質(zhì) 雖然從理論上談可應(yīng)用一般的制冷劑作為雖然從理論上談可應(yīng)用一般的制冷劑作為工質(zhì)工質(zhì), ,但到目前為止，只

4、有以水為工質(zhì)的蒸氣但到目前為止，只有以水為工質(zhì)的蒸氣噴射式制冷機(jī)得到實(shí)際應(yīng)用。噴射式制冷機(jī)得到實(shí)際應(yīng)用。 當(dāng)用水為工質(zhì)所制取的低溫必須在當(dāng)用水為工質(zhì)所制取的低溫必須在00以以上，故蒸氣噴射式制冷機(jī)目前只用于空調(diào)裝置上，故蒸氣噴射式制冷機(jī)目前只用于空調(diào)裝置或用來制備某些工藝過程需要的冷媒水?；蛴脕碇苽淠承┕に囘^程需要的冷媒水。2.2 電、磁、聲制冷電、磁、聲制冷 熱電制冷熱電制冷( (亦名溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷或亦名溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷或電子制冷電子制冷) )是以珀?duì)柼?yīng)的原理制冷。是以珀?duì)柼?yīng)的原理制冷。 塞貝克效應(yīng)：塞貝克效應(yīng)：在兩種不同金屬組成的閉合在兩種不同金屬組成的閉合線路中，如

5、果保持兩接觸點(diǎn)的溫度不同，就會(huì)線路中，如果保持兩接觸點(diǎn)的溫度不同，就會(huì)在兩接觸點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)電勢差在兩接觸點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)電勢差接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢。 珀?duì)栙N效應(yīng)：珀?duì)栙N效應(yīng)：在兩種不同金屬組成的閉合在兩種不同金屬組成的閉合線路中通以直流電，就會(huì)使一個(gè)接點(diǎn)變冷，一線路中通以直流電，就會(huì)使一個(gè)接點(diǎn)變冷，一個(gè)變熱，亦稱個(gè)變熱，亦稱溫差電現(xiàn)象。溫差電現(xiàn)象。2.2.1 2.2.1 熱電制冷熱電制冷 半導(dǎo)體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，決定了它產(chǎn)半導(dǎo)體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，決定了它產(chǎn)生的溫差電現(xiàn)象比其他金屬要顯著得多，所以生的溫差電現(xiàn)象比其他金屬要顯著得多，所以熱電制冷都采用半導(dǎo)體材料，亦稱熱電制冷都采用半導(dǎo)體材料，亦稱

6、半導(dǎo)體制冷半導(dǎo)體制冷 圖圖2.22.2所示，當(dāng)電偶通以直流電流時(shí)，所示，當(dāng)電偶通以直流電流時(shí)，P P型型半導(dǎo)體內(nèi)載流子半導(dǎo)體內(nèi)載流子( (空穴空穴) )和和N N型半導(dǎo)體內(nèi)載流子型半導(dǎo)體內(nèi)載流子( (電子電子) )在外電場作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并在金屬片在外電場作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并在金屬片與半導(dǎo)體接頭處發(fā)生能量的傳遞及轉(zhuǎn)換。與半導(dǎo)體接頭處發(fā)生能量的傳遞及轉(zhuǎn)換。 如果將電源極性互換，則電偶對的制冷端如果將電源極性互換，則電偶對的制冷端與發(fā)熱端也隨之互換。與發(fā)熱端也隨之互換。多級熱電堆多級熱電堆 一對電偶的制冷量是很小的，如一對電偶的制冷量是很小的，如6xL76xL7的電偶對的電偶對, ,其制冷量僅為其制

7、冷量僅為3.33.34.2kJ/h4.2kJ/h 為了獲得較大的冷量可將很多對電偶對為了獲得較大的冷量可將很多對電偶對串聯(lián)成熱電堆，稱串聯(lián)成熱電堆，稱單級熱電堆單級熱電堆 單級熱電堆在通常情況下只能得到大約單級熱電堆在通常情況下只能得到大約5050的溫差。為了得到更低的冷端溫度，可的溫差。為了得到更低的冷端溫度，可用串聯(lián)、并聯(lián)及串并聯(lián)的方法組出多級熱電用串聯(lián)、并聯(lián)及串并聯(lián)的方法組出多級熱電堆，堆，圖圖2.32.3示出示出多級熱電堆多級熱電堆的結(jié)構(gòu)型式。的結(jié)構(gòu)型式。 電 絕 緣 導(dǎo) 熱 層 電絕緣導(dǎo) 熱 層 I2 I I I1 圖圖2.3 2.3 多級熱電堆的結(jié)構(gòu)型式多級熱電堆的結(jié)構(gòu)型式 a)

8、a) 串聯(lián)二級熱電堆串聯(lián)二級熱電堆 b) b) 并聯(lián)二級熱電堆并聯(lián)二級熱電堆 c) c) 串并聯(lián)三級熱電堆串并聯(lián)三級熱電堆半導(dǎo)體制冷設(shè)備的特點(diǎn)及應(yīng)用半導(dǎo)體制冷設(shè)備的特點(diǎn)及應(yīng)用 1)1)半導(dǎo)體制冷設(shè)備的特點(diǎn)及應(yīng)用半導(dǎo)體制冷設(shè)備的特點(diǎn)及應(yīng)用 不用制冷劑不用制冷劑 無機(jī)械傳動(dòng)部分無機(jī)械傳動(dòng)部分 冷卻速度和制冷溫度可任意調(diào)節(jié)冷卻速度和制冷溫度可任意調(diào)節(jié) 可將冷熱端互換可將冷熱端互換 體積和功率都可做得很小體積和功率都可做得很小2)2)半導(dǎo)體制冷的用途半導(dǎo)體制冷的用途 方便的可逆操作方便的可逆操作 可做成家用冰箱，或小型低溫冰箱可做成家用冰箱，或小型低溫冰箱可制成低溫醫(yī)療器具可制成低溫醫(yī)療器具可對儀器進(jìn)

9、行冷卻可對儀器進(jìn)行冷卻 可做成零點(diǎn)儀可做成零點(diǎn)儀2.2.2 2.2.2 電化學(xué)制冷電化學(xué)制冷原理：化學(xué)反應(yīng)伴隨有吸熱和放熱原理：化學(xué)反應(yīng)伴隨有吸熱和放熱 例：例：FeCL2+0.5CL2吸熱吸熱放熱放熱FeCL3電化學(xué)制冷裝置： 電解液在正極板上發(fā)生還原反應(yīng)（放熱） 在負(fù)極板上發(fā)生氧化反應(yīng)（吸熱） 電解液通過泵在正極槽和負(fù)極槽中循環(huán)2.2.3 2.2.3 磁制冷磁制冷1907年郎杰斐郎杰斐（P.Langevin）就注意到 ： 順磁體絕熱去磁過程中，其溫度會(huì)降低順磁體絕熱去磁過程中，其溫度會(huì)降低。機(jī)理：機(jī)理：固體磁性物質(zhì)（磁性離子構(gòu)成的系統(tǒng)）在受磁場作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)（磁熵減小），對

10、外放出熱量；再將其去磁，則磁有序度下降（磁熵增大），又要從外界吸收熱量。這種磁性離子系統(tǒng)在磁場施加與除去過程中所出現(xiàn)的熱現(xiàn)象稱為磁熱效應(yīng)磁熱效應(yīng)。 不同的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場情況不同，附加磁場與原磁場方向相同的磁介質(zhì)為順磁體（如鐵、錳） 順磁體順磁體：抗磁體抗磁體：附加磁場與原磁場方向相反的磁介質(zhì)為抗磁體（如鉍、氫等）。 圖2.4 磁制冷卡諾循環(huán)組成：12 等溫磁化（放熱） 23 絕熱退磁（降溫）34 等溫退磁（吸熱制冷）41 絕熱磁化（升溫） 01234sT磁制冷裝置冰冰箱箱磁磁場場圖圖2.52.52.2.4 2.2.4 熱聲制冷熱聲制冷熱聲效應(yīng)熱聲效應(yīng)：可壓縮流體的聲振蕩與固體介質(zhì)之間由于

11、熱相互作用而產(chǎn)生的時(shí)均能量效應(yīng)。 聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力、位移及溫度的波動(dòng)，當(dāng)這種波動(dòng)作用到固體邊界時(shí)，就會(huì)發(fā)生明顯的聲波能量與熱能的相互轉(zhuǎn)換。即可制成聲發(fā)動(dòng)機(jī)和聲制冷機(jī)1 1、渦流管結(jié)構(gòu)、渦流管結(jié)構(gòu) 組成：噴嘴、渦流室、分離孔板、組成：噴嘴、渦流室、分離孔板、 控制閥及冷熱兩端的管子控制閥及冷熱兩端的管子2.3 氣體渦流管制冷氣體渦流管制冷圖圖2.62.62 2 氣體渦流制冷機(jī)理氣體渦流制冷機(jī)理渦流冷卻效應(yīng)實(shí)質(zhì)：渦流冷卻效應(yīng)實(shí)質(zhì)： 用人工的方法使壓縮氣體產(chǎn)生漩用人工的方法使壓縮氣體產(chǎn)生漩渦運(yùn)動(dòng)并分離為冷、熱兩部分，利用渦運(yùn)動(dòng)并分離為冷、熱兩部分，利用分離出來的冷氣流即可制冷。分離出來的

12、冷氣流即可制冷。圖圖2.72.7圖圖2.82.8歷史上第一次實(shí)現(xiàn)的氣體制冷機(jī)是以空氣歷史上第一次實(shí)現(xiàn)的氣體制冷機(jī)是以空氣作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機(jī)作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機(jī)壓縮式空氣制冷機(jī)的工作過程也是包括壓縮式空氣制冷機(jī)的工作過程也是包括等等熵壓縮熵壓縮，等壓冷卻等壓冷卻，等熵膨脹等熵膨脹及及等壓吸熱等壓吸熱四個(gè)過程四個(gè)過程 這與蒸汽壓縮式制冷機(jī)的四個(gè)工作過程相這與蒸汽壓縮式制冷機(jī)的四個(gè)工作過程相近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生集態(tài)改變集態(tài)改變 2.4 氣體膨脹制冷氣體膨脹制冷2.4.1 2.4.1 布雷頓制冷循環(huán)布雷頓制冷循環(huán)一、等熵膨脹制冷

13、 高壓氣體絕熱可逆膨脹過程，稱為等等熵膨脹熵膨脹。氣體等熵膨脹時(shí)，有功輸出，同時(shí)氣體的溫度降低，產(chǎn)生冷效應(yīng)。 常用微分等熵效應(yīng) 來表示氣體等熵膨脹過程中溫度隨壓力的變化 因 總為正值，故氣體等熵膨脹時(shí)溫度總是降低，產(chǎn)生冷效應(yīng)。 sspTss（1）無回?zé)釟怏w制冷機(jī)循環(huán) 圖圖2.9 2.9 無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)系統(tǒng)圖無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)系統(tǒng)圖 -壓縮機(jī)壓縮機(jī) -冷卻器冷卻器 -膨脹機(jī)膨脹機(jī) -冷箱冷箱 圖圖2.102.10 無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)理無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)理論循環(huán)的論循環(huán)的p-Vp-V圖與圖與T-sT-s圖圖 圖圖2.92.9示出無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)系統(tǒng)圖示出無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)系統(tǒng)圖 圖圖2.102.10所示

14、是冷箱中制冷溫度是環(huán)境介所示是冷箱中制冷溫度是環(huán)境介質(zhì)的溫度質(zhì)的溫度1-21-2是等熵壓縮過程是等熵壓縮過程2-32-3是等壓冷卻過程是等壓冷卻過程3-43-4是等熵膨脹過程是等熵膨脹過程4-14-1是在冷箱中的等壓吸熱過程是在冷箱中的等壓吸熱過程單位制冷量及單位熱負(fù)荷分別是 單位壓縮功和膨脹功分別是)(q41410TTchhp)(q3232cTTchhp)(w1212cTTchhp)(w4343eTTchhp循環(huán)消耗的的單位功及性能系數(shù)氣體按理想氣體處理時(shí) )()(w4312cTTcTTcwwppe)()()(cop4312410TTcTTcTTcwqpppkkcppTTT104312T則

15、可逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)為： 因此上述理論循環(huán)的熱力完善度為 434121k1k0cTTTTTT1pp1cop131TTTcopc020113121TTTTTTTTTTcopcopcc圖圖2.11 2.11 無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)實(shí)際循環(huán)無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)實(shí)際循環(huán)（2）定壓回?zé)釟怏w制冷機(jī)循環(huán) 圖圖2.122.122.4.2 2.4.2 氣體絕熱節(jié)流制冷循環(huán)氣體絕熱節(jié)流制冷循環(huán) 1、節(jié)流過程的熱力學(xué)特征 節(jié)流節(jié)流：當(dāng)氣體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于局部阻力，如遇到縮口和調(diào)節(jié)閥門時(shí)，其壓力顯著下降，這種現(xiàn)象叫做節(jié)流。 一、實(shí)際氣體的節(jié)流 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際氣體節(jié)流前后的溫度一般將發(fā)生變化 。氣體在節(jié)流過程中的溫度變化叫

16、做焦耳湯姆遜效應(yīng)。 ：多數(shù)實(shí)際氣體在室溫下的節(jié)流過程中都有冷卻效應(yīng)，即通過節(jié)流元件后溫度降低，這種溫度變化叫做正焦耳湯姆遜效應(yīng)。 少數(shù)氣體在室溫下節(jié)流后溫度升高，這種溫度變化叫做負(fù)焦耳湯姆遜效應(yīng)。 二、絕熱節(jié)流制冷循環(huán) 絕熱節(jié)流制冷循環(huán)又稱林德循環(huán) 系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷卻器、逆流換熱壓縮機(jī)、冷卻器、逆流換熱器器 、節(jié)流閥、節(jié)流閥和蒸發(fā)器蒸發(fā)器組成。圖2.13 絕熱節(jié)流系統(tǒng)圖圖2.14絕熱節(jié)流制冷循環(huán)T-s圖 2.5 絕熱放氣制冷絕熱放氣制冷2.5.1 2.5.1 氣體的絕熱放氣氣體的絕熱放氣圖圖2.152.15 設(shè)一剛性容器的容積為V放氣前：狀態(tài)1（P1、T1），質(zhì)量m1；放氣后：狀態(tài)2（P2、T

17、2），質(zhì)量m2。 過程中Q0，w0。 在放氣過程中，放出的氣體狀態(tài)即是容器內(nèi)氣體的瞬間狀態(tài)，故h為變值。 因此過程的特性可由下述微分方程組來描述 求解這一方程即可得到放氣量及放氣后的溫度。 若容器內(nèi)的氣體可當(dāng)作理想氣體處理Cp，Cv為定值，并代入比內(nèi)能u及比焓h的表達(dá)式 udmmdudUhdmdmTTcdTmcdmTTRcRTvvv000對整個(gè)過程進(jìn)行積分得dTmcTdmccvvpTdTkmdm11111212kTTmm 再將理想氣體的狀態(tài)方程代入上式，經(jīng)化簡后即得 kppmm11212kkppTT11212 設(shè)想在閥門打開后活塞右側(cè)的氣體立即從P1降到P2，因而當(dāng)活塞左側(cè)的氣體膨脹時(shí)只針對一

18、個(gè)恒定不變的壓力P2作功，1kg氣體所作的功為： 因此氣體內(nèi)能的變化為122vvpw12212vvpwuuu若為理想氣體1212TTcuuv將這些關(guān)系代入上式，并化簡后得：RTpv 1kRcvkppkkTT1112121211211ppTkkTTT氣體的焓降為：設(shè)放氣前容器內(nèi)的氣量為 放氣后容器內(nèi)殘存的氣量為 111RTVpm 222RTVpm 12112112111ppRTppvphhh則可求得221121RTVpRTVpmmm21221ppkRTVmmm1111111211212211212ppkkppkkppTTppmm圖圖2.16 放氣過程中溫度與壓力的變化關(guān)系放氣過程中溫度與壓力的變

19、化關(guān)系 結(jié)論: （1）氣體的絕熱指數(shù)k越大，溫度比T2/T1（當(dāng)P2/P1一定時(shí)）就越小，因此用單原子氣體可以得到較大的溫降； （2）隨著放氣壓力比P1/P2的增大，溫度比T2/T1減小得越來越緩慢，因此從經(jīng)濟(jì)考慮，單級放氣壓力比不宜過大，一般為35。2.5.2 G-M制冷機(jī) GM循環(huán)是由吉福特（Gifford）和麥克馬洪（Mcmahon）二人發(fā)明，其原理是絕熱氣體放氣制冷。目前已研制出單級、雙級和三級GM循環(huán)的制冷機(jī)，制冷溫度從液氦溫度到液氮溫度，制冷量（1100）w。目前GM型制冷機(jī)已得到廣泛應(yīng)用。單級GM機(jī)組成： 1 壓縮機(jī)組 2 進(jìn)氣閥 3 排氣閥 4 回?zé)崞?5 換熱器 6 膨脹機(jī)a

20、. 低壓儲(chǔ)氣罐b. 高壓儲(chǔ)氣罐c. 冷卻器d. 壓縮機(jī)e. 活塞f. 薄壁不銹鋼氣缸 圖圖2.172.17GM制冷機(jī)循環(huán)理想G-M循環(huán)的系統(tǒng)圖、四個(gè)工作階段及PV圖 圖圖2.182.18 1升壓 氣體經(jīng)壓縮機(jī)d壓縮和冷卻器c冷卻后，進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐b。開始時(shí)，推移活塞處于氣缸底部，打開進(jìn)氣閥，高壓氣體進(jìn)入推移活塞上方的熱腔容積（1）和回?zé)崞?，壓力增高。 2 等壓進(jìn)氣 當(dāng)壓力平衡后，推移活塞向上移動(dòng)，把熱腔（1）的氣體推移出去，經(jīng)回?zé)崞?冷卻后進(jìn)入冷腔（2）。同時(shí)，部分來自高壓儲(chǔ)氣罐的氣體也經(jīng)回?zé)崞?冷卻后進(jìn)入冷腔（2）。推移活塞移動(dòng)到氣缸頂部，進(jìn)氣閥關(guān)閉。工作過程：絕熱放氣 打開排氣閥，冷腔（

21、2）內(nèi)的氣體經(jīng)換熱器5、回?zé)崞?與低壓儲(chǔ)氣罐a連通。這時(shí)，處在冷腔（2）中的高壓氣體，向低壓儲(chǔ)氣罐a放氣。制得的冷量經(jīng)換熱器5輸出。氣體經(jīng)回?zé)崞?加熱后，進(jìn)入低壓儲(chǔ)氣罐，然后進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐b。等壓排氣 然后推移活塞重新移動(dòng)到氣缸底部，排氣閥關(guān)閉。 這樣，周而復(fù)始，整個(gè)系統(tǒng)就能連續(xù)工作，連續(xù)不斷的制取冷量。2.5.3 索爾文爾制冷機(jī) SV循環(huán)是索爾文（Solver）提出的制冷循環(huán)，其工作原理與GM制冷機(jī)原理相似，同樣是利用絕熱氣體放氣制冷。其單級制冷溫度為（22-77）K，雙級制冷溫度可低到12K，制冷量（1-50）w。SV制冷機(jī)組成： 1 壓縮機(jī)組 2 進(jìn)氣閥 3 排氣閥 4 回?zé)崞?5 換熱

22、器 6 膨脹機(jī) 7 換熱器I.往復(fù)式壓縮機(jī)II.冷卻器III.高壓儲(chǔ)氣罐IV.低壓儲(chǔ)氣罐 1快速進(jìn)氣 推移活塞開始時(shí)在氣缸底端。進(jìn)氣閥開啟，高壓氣體通過進(jìn)氣閥、管路、回?zé)崞?、換熱器5進(jìn)入推移活塞底部。推移活塞在上下壓力差的作用下迅速上移，冷腔體積增大，高壓氣體進(jìn)入冷腔。熱腔氣體同時(shí)很快被壓縮。 2 勻速進(jìn)氣 當(dāng)熱腔氣體壓力升到幾乎等于進(jìn)氣壓力時(shí)，熱腔氣體通過小孔等速地流入氣室，推移活塞等速上移，高壓氣體繼續(xù)進(jìn)入冷腔，直至推移活塞運(yùn)動(dòng)至頂端位置，進(jìn)氣閥關(guān)閉，冷腔才停止進(jìn)氣。工作過程： 3 快速放氣 此后，排氣閥開啟，冷腔的氣體經(jīng)換熱器5、回?zé)崞?向低壓儲(chǔ)氣罐放氣，產(chǎn)生冷效應(yīng)。當(dāng)冷腔壓力降到后，推

23、移活塞在熱腔殘余高壓氣體的作用下，迅速下降。與此同時(shí)，熱腔壓力也迅速降低。4 勻速放氣 氣室中的氣體通過小孔流入熱腔，迫使推移活塞等速向下移動(dòng)，冷腔容積逐漸縮小。冷氣體經(jīng)換熱器5、回?zé)崞?排到低壓儲(chǔ)氣罐，由壓縮機(jī)吸入，壓縮后進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐。冷氣體流經(jīng)換熱器5時(shí)，向外輸出冷量；流經(jīng)回?zé)崞鲿r(shí)，冷卻回?zé)崞魈盍?，自身溫度升高?當(dāng)推移活塞到達(dá)氣缸的最下端位置時(shí)，排氣閥關(guān)閉，推移活塞不動(dòng)，而氣室中的氣體卻繼續(xù)通過小孔流入熱腔，直至熱腔中的壓力逐漸回升為止。 脈管制冷是通過周期性地對一端封閉的管子充氣壓縮放氣膨脹而獲得低溫的一種方法。制冷機(jī)由壓縮機(jī)、回?zé)崞骱兔}管單元組成，它們之間用金屬軟管連接。壓縮機(jī)作為

24、壓力波發(fā)生器。脈管單元是一根兩端裝有熱交換器（圖中的HC和HH）的管子，管內(nèi)有層流化元件防止氣體紊流混合。 2.5.4 脈管制冷機(jī)工作過程：1 加壓進(jìn)氣過程 旋轉(zhuǎn)閥處于進(jìn)氣位置，高壓氣體經(jīng)回?zé)崞骼鋮s到制冷溫度Tc，再進(jìn)入熱交換器HC，經(jīng)過層流化元件使氣體以層流態(tài)進(jìn)入脈管。氣流無紊流運(yùn)動(dòng)，好似一片一片地由管子左端向右端推進(jìn)。同時(shí)，由于受后續(xù)氣體的壓縮，一邊推進(jìn)，一邊升溫。待氣體達(dá)到熱交換器HH時(shí)，溫度升到Tm。2 靜止過程 當(dāng)脈管中壓力提高Ph時(shí)，緊接著靜止一段時(shí)間。這時(shí)旋轉(zhuǎn)閥關(guān)閉，進(jìn)入HH的氣體被水冷卻溫度降到Ta。3 減壓放氣過程 旋轉(zhuǎn)閥再轉(zhuǎn)到與排氣接通的位置。于是管內(nèi)高壓氣體又一邊向左流出，一邊因降壓膨脹而降溫。當(dāng)右側(cè)氣體返回到HC時(shí)，其溫度降到Ti，TiTc 。冷氣體進(jìn)入HC后可以從溫度為Tc的外界吸熱，產(chǎn)生制冷作用。在減壓過程中由脈管流出的氣體經(jīng)過回?zé)崞鞅患訜岷笥种匦路祷貕嚎s機(jī)吸入側(cè)。4 靜止過程 當(dāng)脈管中壓力降低到Pd時(shí)，緊接著靜止一段時(shí)間。這時(shí)旋轉(zhuǎn)閥關(guān)閉。 脈管制冷經(jīng)歷加壓進(jìn)氣、靜止、減壓放氣、靜止這樣四個(gè)階段。為了防止脈管內(nèi)氣體發(fā)生紊流混合，要求進(jìn)氣和放氣時(shí)間相當(dāng)短；為了保證HC和HH有充分的時(shí)間傳熱，則需要靜止期比較長。對脈管制冷機(jī)理方面的經(jīng)典分析是吉福特1967年提出的表面泵熱原理。認(rèn)為脈管制冷是由于管內(nèi)氣體微團(tuán)在壓縮膨脹行程內(nèi)