Stirling and Pulse-tube Cryo-coolers

Stirling and Pulse-tube Cryo-coolers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Organ, Allan J.
出品人:
页数:448
译者:
出版时间:2005-1
价格:£ 210.00
装帧:HRD
isbn号码:9781860584619
丛书系列:
图书标签:
  • 低温制冷
  • 斯特林制冷
  • 脉管制冷
  • 低温技术
  • 制冷技术
  • 热力学
  • 工程应用
  • 低温设备
  • 制冷机
  • 循环制冷
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具体描述

Modern technology calls increasingly for provision of cooling at cryogenic temperatures: super-conductivity research; imaging equipment for search-and-rescue; contemporary diagnostic medicine (MRI – magnetic resonance imaging); space exploration; advanced computer hardware; military defence systems. Where it is desirable to generate the cooling effect close to the point of heat removal, electrically powered Stirling and pulse-tube machines offer advantages over traditional, passive systems (Leidenfrost and Joule-Thomson). Until now there has been no agreed approach to the thermodynamic design of either type.In particular, the choice of regenerator packing has remained a matter for time-consuming – and thus expensive – trial-and-error development.There has been no way of knowing whether an existing ‘fully developed’ unit is performing to the limit of its thermodynamic potential. Stirling and Pulse-tube Cryo-coolers addresses these problems. Features include: An ideal cycle for the pulse-tube yielding heat, mass-flow and work; Previously unseen phenomena of real gas behaviour; Pictorial reliefs of pressure wave interactions; Multiple wave reflections in graphic perspective First solution of the ‘regenerator problem ‘ by a full, unsteady gas dynamics treatment; First ever depiction of pulse-tube boundary-layer events (heat conduction, ‘streaming’) driven by interacting left-and right-running pressure waves First analysis of the graded regenerator and optimisation of gas path design; Embryonic ‘cook-book’ method of ab initio cooler design based on dynamic similarity and thermodynamic scaling. Stirling and Pulse-tube Cryo-coolers raises the threshold from which first-principles design of regenerative cryo-coolers may start. Those wishing to extend their study of the subject beyond the well-trodden, ideal gas/quasi-steady-state rationalisations will require this book.

新书推荐:深入探索现代制冷技术与热力学前沿 书名:《先进热能转换系统与低温工程实践》 作者: [此处留空,或虚构一位资深教授/工程师的名字] 出版社: [此处留空,或虚构一家学术出版社名称] 页数: 约 600 页(包含丰富的图表与案例分析) --- 内容提要: 本书旨在为热力学、机械工程、材料科学以及低温物理等领域的专业人士、高级学生和研究人员提供一个全面且深入的视角,聚焦于非经典热能转换系统的设计、优化、运行及其在现代工业和尖端科研中的应用。与传统侧重于蒸汽循环和机械制冷基础的教材不同,本书将重点放在了基于新型工作介质、非常规热物理效应以及先进集成化工艺的冷却与能源回收技术上。 全书共分为七个主要部分,结构严谨,逻辑清晰,确保读者能够从理论基础迅速过渡到实际工程应用。 第一部分:热力学基础的拓宽与前沿理论 本部分首先回顾了经典热力学定律,但迅速将其提升至更具挑战性的领域。重点讨论了非平衡态热力学在快速动态过程中的适用性,以及统计力学如何指导新型工作流体的分子级行为预测。 章 1: 扩展的功和热的定义:考虑非保守力场下的能量传输。 章 2: 熵生成最小化原理在复杂系统中的应用:探讨如何通过精细的控制策略减少系统内部的不可逆损失。 章 3: 气体动力学理论在低压环境下的修正:深入分析稀薄气体效应及其对传热边界层的影响。 第二部分:新型工作介质的物理化学特性与筛选 现代制冷和热能转换系统越来越依赖于具有特定热物理属性的介质。本部分详细分析了当前研究热点中的几种关键介质。 章 4: 磁致冷材料的本构方程: 对基于稀土合金的磁热效应(MCE)材料的磁化强度、比热容变化率进行精确建模。 章 5: 电卡效应(EC)材料的选择与界面热阻: 评估聚合物和陶瓷薄膜在电场驱动下的温度响应,并着重解决宏观制冷器中关键的固-固热接触问题。 章 6: 超临界CO2(sCO2)循环的流体力学特性: 探讨 sCO2 在跨临界区域内,密度和比热的剧烈变化对泵和换热器设计的影响。 第三部分:先进换热器的设计与优化 高效的能量传递是任何热能系统的核心。本部分不再局限于传统的壳管式换热器,而是深入探讨了微通道、多孔介质以及响应式换热技术。 章 7: 微尺度通道内的两相流模式分析: 针对极小尺度下气液界面的行为,采用相场法(Phase Field Method)进行数值模拟。 章 8: 集成式热管与回路热管的传热限制: 分析毛细力、重力对工作液回流的制约,并提出新型分形结构的毛细芯设计。 章 9: 热声换热器的声学阻抗匹配: 深入讲解如何通过精确调整共振腔几何形状和声场分布,最大化声能与热能的耦合效率。 第四部分:基于机械效应的热能回收系统 本部分专注于将机械振动或形变转化为有用能量(制冷或做功)的系统,特别关注对振动源的利用。 章 10: 线性往复式驱动器的动态建模: 建立高频、小行程压缩机或驱动器的多物理场耦合模型,考虑气体力学惯性和驱动线圈的发热。 章 11: 斯特芬循环(Stirling Cycle)的非理想效应修正: 探讨活塞与气缸之间的密封泄漏、再生器内的寄生容积以及再生器材料热容与工作介质热容匹配不良带来的性能衰减。 章 12: 谐振式热泵的阻尼与效率: 分析如何通过控制驱动信号的相位和幅度,有效抑制系统的机械阻尼,提高COP。 第五部分:热声制冷技术(Thermoacoustics)的深度解析 热声技术因其无动部件、结构简单和可靠性高等优点,在特定应用中展现出巨大潜力。本书对其进行了专章深度剖析。 章 13: 声波发生器(Stack/Regenerator)的优化设计: 详细推导斯佩克勒(Stack)和再生器(Regenerator)内的速度剖面和温度梯度,以最大化热泵效应。 章 14: 线性和非线性声学理论的结合: 探讨在驱动声压幅值增大时,声波从正弦波向方波演变的过程,以及这对换热器性能的影响。 章 15: 脉冲式热声驱动器的瞬态特性: 研究启动过程中的声场建立时间和功耗曲线,这对于快速启动应用至关重要。 第六部分:低温与超低温工程中的前沿挑战 本部分将理论应用于极端环境下的实践,重点是实现远低于环境温度的制冷技术。 章 16: 稀释制冷机(Dilution Refrigerator)的性能极限: 深入分析氦-3/氦-4混合物中的扩散限制、界面控制以及混合室几何形状对最低温度的制约。 章 17: 磁冷却器的多级串联设计与热负荷管理: 讨论如何高效地将不同温度区间的磁制冷单元串联起来,并管理级间热负荷的导出路径。 章 18: 超导磁体冷却系统中的热截流(Thermal Breaks)设计: 重点讨论在强磁场下,如何设计低导热率的支撑结构,以最小化对低温区的热侵入。 第七部分:系统集成、控制与寿命预测 最后一部分着眼于将单个组件提升为可靠的、可维护的工程系统。 章 19: 多目标优化算法在系统集成中的应用: 结合遗传算法(GA)和响应面法(RSM),平衡系统的重量、效率和成本。 章 20: 基于故障树分析(FTA)的系统可靠性评估: 针对复杂热机系统的关键失效模式进行量化分析。 章 21: 自适应控制策略在变工况运行中的应用: 介绍如何利用实时反馈(如温度、压力波形)动态调整驱动频率和功耗,以应对环境温度和负载的变化。 --- 本书特色: 高度工程化: 每章末尾均附带“工程设计挑战”案例,要求读者应用所学知识解决实际工程问题。 丰富的仿真数据: 包含大量使用先进 CFD 和 FEM 软件生成的流场、温度场和应力分布图。 跨学科视野: 汇集了材料学、流体力学、声学和热力学等多个领域的最新进展,为读者提供了一个全面的技术概览。 目标读者: 从事航空航天、能源储存、半导体制造、医疗成像(如MRI)以及基础物理研究的工程师和研究人员。 预期价值: 本书将成为指导下一代高效、紧凑、可靠热能转换系统开发的权威参考手册。

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