● 摘要
热声斯特林制冷机是以声能作为动力，利用热声效应获得冷量的装置。该制冷机具有结构简单，无振动、寿命长及对环境无污染等优点，在航空航天、低温电子、超导等领域有着十分广阔的应用前景。热声斯特林制冷机的结构形式多种多样，比较常见的有环形结构和同轴型结构。同轴型结构紧凑，而环形阻力损失较小。作者通过对两种结构的分析，最终确定为环形结构。该制冷机主要由回热器、冷热端换热器、热缓冲管、惯性管以及空腔组成，其中回热器是产生制冷效应的关键部件。本文首先分别从声学角度和热力学角度对短管进行声学特性分析，随后利用热声网络模型和热力学介观模型对制冷机的关键部件——回热器进行研究，在此基础上建立了整个系统的数学模型。文章的最后，作者根据国内外热声热机结构参数确定了本文热声斯特林制冷机的结构参数。针对此结构，编程计算得到频率为100Hz、充气压力为10atm、制冷温度为100K时，该制冷机能够产生近14W的制冷量，COP为0.38。随后，进一步分析计算了系统和各部件的参数变化对热声斯特林制冷机性能的影响。