新型径轴向混合填充式回热器轴向导热特性研究

　　1 引言

　　回热器是回热式低温制冷机中的关键部件，直接影响制冷机的性能。回热器冷热两端的温差大都超过 200K，且回热器长度较小，所以回热器冷热两端存在着巨大的温度梯度。这一巨大的温度梯度将驱使热量沿着回热器管壁、填料及工质气体进行轴向热传导，带来可观的轴向导热损失。分析和计算这些轴向导热损失，总结其变化规律，对提高回热器回热效率具有重要意义。

　　目前，关于回热器轴向导热研究的文章不多。韩国 Kwanwoo[1]对平行丝填料结构回热器进行研究，结果表明: 与金属丝网回热器相比，其轴向导热损失增加了 113% 以上，通过对平行丝填料分段处理，其轴向导热损失比无分段回热器减少了44% 以上。党海政[2]针对所开发的高频微型同轴非金属脉冲管制冷机进行研究，结果表明通过回热器填料的轴向导热损失是通过回热器的三项轴向导热损失中可以忽略的小量。蒋海珍[3]对一台可工作在 20K 温区的单级脉管制冷机进行了漏热计算，并对其进行部分实验验证，结果表明在系统总漏热中，脉管和回热器的壁面轴向导热所占比例最大。

　　为了结合径向填料和轴向填料的优点，提出一种新型径轴向混合填充式回热器的设计研究。其结构如图 1 所示，主要由回热器套、轴向平行丝填料、径向丝网填料、气孔、孔板等构成。通过轴向填料和径向丝网填料交替堆叠而成，径向填充的金属丝网填料可以减少轴向导热损失，改善流动不均匀性; 轴向平行丝填充的填料可以降低流动阻力损失并减小回热器内空容积。通过合理设计轴向填料长度 a 和径向金属丝网填料厚度 b 相对比值及层数，使回热器不可逆损失最小，可以使回热器实现高的回热效率、低的流动阻力、小的轴向导热损失、较小的空容积，从而极大地提高回热式机械制冷机的效率。

　　对这种新型径轴向混合填充式回热器进行热损失分析计算并总结其相应规律，是作者面临的一个重要课题。本文针对新型径轴向混合填充式回热器分析其轴向导热特性，找出减少其轴向导热损失的途径，对以后的研究工作具有重要的指导意义。

　　2 新型径轴向混合填充式回热器轴向导热损失计算分析

　　新型径轴向混合填充式回热器轴向导热损失计算可分为三部分: 第一部分为回热器管壁的轴向导热损失; 第二部分为回热器填料的轴向导热损失; 第三部分为回热器内部工质气体的轴向导热损失。

　　本文研究的新型径轴向混合填充式回热器基本尺寸参数为: 回热器内径为 10mm，回热器长度为 60mm; 轴向填料为平行不锈钢丝，径向填料为250 目不锈钢丝网。其填料参数如表 1 所示。