Page 72 - 《真空与低温》2026年第1期

杜海鹏等：热耦合型双级脉管制冷机性能仿真研究 69

4 结论 制冷机实验研究 [J]. 红外，2017，38（7）：37−41.
[6] NAST T， OLSON J， CHAMPAGNE P， et al. Overview of
通过理论分析，基于 Sage 软件建立热耦合型
lockheed martin cryocoolers[J]. Cryogenics， 2006， 46（2/3）：
双级脉管制冷机数值计算模型，并结合响应面优化
164−168.
法，对低温级性能进行仿真研究，得到如下结论：
（1）对于结构参数确定，运行参数恒定的热耦 [7] HAN Y，ZHANG A. Cryogenic technology for infrared de-
tection in space[J]. Scientific Reports，2022，12（1）：1−15.
合型双级脉管制冷机，预冷温度、低温级输入功率
[8] 王晓玫，陈曦，周振东，等. 60 K 直线型百赫兹脉管制冷机
为低温级性能的主要影响因素。
优化及实验研究 [J]. 真空与低温，2025，31（1）：80−87.
（2）低温级制冷量随预冷温度的上升而减小，
[9] QUAN J，LIU Y J，LI X Y，et al. Influence of regenerator
随低温级输入功率的增大而增大。对于低温级相
material on performance of a 6 K high frequency pulse tube
对卡诺效率，则存在最优预冷温度与最优低温级输
cryocooler[J]. IOP ConferenceSeries：Materials Science and
入功率，使其达到峰值。
Engineering，2017，278：012152.
（3）预冷温度是影响热耦合型双级脉管制冷机
[10] LIU X M，CHEN L B，WU X L，et al. Attaining the liquid
性能最关键的因素。预冷温度、低温级输入功率
helium temperature with a compact pulse tube cryocooler
共同影响低温级相对卡诺效率，其中预冷温度的影
for space applications[J]. Science China Technological Sci-
响占主导地位。
ences，2020，63（3）：82−87.
（4）低温级输入功率对低温级相对卡诺效率的
[11] ZHU H F，JIANG Z H，LIU S S，et al. Comparison of three
影响依赖于预冷温度。当预冷温度高于 74 K，低
phase shifters for Stirling-type pulse tube cryocoolers oper-
温级输入功率对低温级相对卡诺效率的影响更为
ating below 30 K[J]. International Journal of Refrigeration，
显著，两者呈正相关。
2018，88：413−419.
（5）在预冷温度为 67.8 K、低温级输入功率为
[12] 殷旺，伍文婷，惠贺军，等. 15 K 热耦合两级脉管制冷机
248.6 W 工况下，低温级相对卡诺效率达到峰值
低温段回热器长径比理论及实验研究 [J]. 西安交通大学
4.302%，在 20 K 制冷温度下获得 1.476 W 的制冷量，
学报，2022，56（12）：184−191.
最低无负载温度为 13.03 K。
[13] 殷旺，惠贺军，伍文婷，等. 液氢温区热耦合斯特林/脉管
参考文献： 小型化复合制冷机性能提升及参数优化研究 [J]. 工程热
物理学报，2024，45（11）：3269−3277.
[1] 许国太，孙述泽，李生华，等. 基于 SAGE 的 30 K 空间双级
[14] 屈方杰，闫春杰，罗新奎，等. 脉管制冷机双段惯性管调相
斯特林制冷机设计 [J]. 低温工程，2018（5）：23−26.
性能研究 [J]. 低温工程，2023（5）：1−7.
[2] PENNEC Y，BUTTERWORTH J，COLEIRO G，et al. Engi-
[15] PANDA D，SATAPATHY A K，SARANGI S K. Thermo-
neering model of a high power low temperature pulse tube
hydrodynamic analysis and optimal design of a GM cycle
cryocooler for space application[C]// Proceedings of the 19th
cryorefrigerator using response surface methodology and
International Cryocooler Conference，San Diego，California，
particle swarm optimization[J]. Science and Technology for
2016.
the Built Environment，2019，25（10）：1467−1481.
[3] HIROYUKI S，YOICHI S，TAKAO N，et al. Development of
[16] BOX G E P， WILSON K B. On the experimental attain-
mechanical cryocoolers for the Japanese IR space telescope
ment of optimum conditions [J]. Journal of the Royal Statis-
SPICA[J]. Cryogenics，2008，48：258−266.
tical Society： Series B （Methodological）， 1951， 13（1）：
[4] 曹溶菲. 空间用液氢温区两级斯特林脉管制冷机理论设计
1−38.
与实验研究 [D]. 杭州：浙江大学，2022.
[5] 蒋燕阳，蒋珍华，朱海峰，等. 热耦合同轴型双级高频脉管 （责任编辑：杨建斌）

引文信息：杜海鹏，许国太，庄昌佩，等. 热耦合型双级脉管制冷机性能仿真研究[J]. 真空与低温，2026，32（1）：62−69.
DU H P，XU G T，ZHUANG C P，et al. Simulation study on the performance of thermally coupled two-stage pulse tube
cryocooler[J]. Vacuum and Cryogenics，2026，32（1）：62−69.