一种回热器阻力系数测试装置及方法与流程
本发明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及方法。
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。
技术实现要素：
本发明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及方法，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。
本发明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。
本发明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
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
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
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
步骤7)回热器速度值uavg：
步骤8)最后拟合得到压降关于速度的一元二次关系式，
本发明的优点在于：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。本发明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：
图为本发明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发明。
如图所示，本发明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。
该发明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
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
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
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
步骤7)回热器速度值
步骤8)最后拟合得到压降关于速度的一元二次关系式，
最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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