从脉冲管制冷机中的核心部件蓄冷器入手,考虑不同情况下气体微团的具体热力过程,循序渐进的分析等温和有温度梯度情况下蓄冷器内部不同相位关系的气体微团的压缩和膨胀过程,得出蓄冷器的泵热效应;并通过一定程度的近似假设,给出蓄冷器内部气体微团的理论制冷量的近似公式,得到影响脉冲管制冷机理论制冷量的关键因素。

通过相位理论分析了提高频率可以减小制冷机体积的原理,通过脉冲管制冷机内部损失影响分析了实现微型高效脉冲管制冷机的方法。研究表明：在现有的50 Hz高频下,减小制冷机体积会导致效率降低,提高运行频率,提高充气压力并采用更小水力直径的回热器填料,可以在减小体积的同时获得高效的制冷机。

利用现有的脉冲管制冷机性能测试实验台,针对某型号自由活塞斯特林制冷机,设计了热端水冷器并进行了性能测试。实验研究了工作频率、充气压力、输入功率等参数对制冷机性能的影响规律,结果表明斯特林制冷机的最佳运行工况为充气压力2.0 MPa,频率42 Hz。改变冷头在竖直方向和水平面不同的朝向,实验结果表明冷头竖直向下时最低制冷温度低于冷头水平布置和冷头向上的情况,但差距最大1.2 K,证明板弹簧的轴向刚度与排出器质量的比值较大,排出器重力产生的静位移较小;冷头水平放置处于不同圆周方位的制冷性能变化很小,证明排出器的密封间隙保持较好。