小型低温制冷机原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:陈国邦

出品人:

页数:379

译者:

出版时间:2010-1

价格:62.00元

装帧:

isbn号码:9787030258380

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《小型低温制冷机原理》书籍简介 本书旨在深入剖析小型低温制冷机的核心原理、设计要素、运行机制以及关键技术，为读者提供一个全面而系统的学习框架。我们致力于阐述各类小型低温制冷机的工作基础，从热力学基本定律出发，逐步深入到具体的制冷循环、压缩机、换热器、膨胀机构等核心部件的工作原理，以及它们如何协同作用以达到低温目标。 第一章 绪论：低温制冷机的世界 本章将带领读者走进低温制冷机的广阔天地。首先，我们会简要回顾低温技术的发展历程，介绍低温制冷机在科学研究、工业生产、医疗健康等领域的广泛应用，以此凸显其重要性和发展前景。接着，将对小型低温制冷机进行定义和分类，明确本书的研究对象和范围。我们会区分不同类型的制冷机，例如基于蒸气压缩循环、斯特林循环、脉冲管制冷机、吉姆-汤姆逊效应制冷机等，并简要介绍它们各自的特点和适用范围。最后，本章还会概述本书的章节安排和学习路径，为读者构建清晰的学习地图。 第二章 热力学基础：低温制冷的基石 理解低温制冷机的原理，离不开扎实的ructor学基础。本章将聚焦于与制冷过程密切相关的ructor学概念。我们将回顾热力学第一定律（能量守恒定律）和第二定律（熵增原理），并着重讲解它们在制冷循环中的应用。读者将学习到功、热量、焓、熵等关键ructor学参数的定义及其意义，以及它们如何影响制冷过程的效率。此外，本章还将介绍理想气体模型和实际气体行为的差异，以及饱和蒸汽的ructor学性质，这些知识对于理解制冷剂的相变过程至关重要。特别地，我们会深入讲解卡诺循环的效率极限，并将其与实际制冷循环进行对比，从而引出提高制冷效率的现实需求和技术方向。 第三章 蒸气压缩制冷循环：最常见的低温“心脏” 蒸气压缩制冷循环是当前应用最广泛的制冷技术之一，也是许多小型低温制冷机的核心。本章将详细剖析这一循环的各个环节。我们将从压缩机开始，讲解其工作原理，包括容积式压缩机（如活塞式、转子式、涡旋式）和离心式压缩机的结构与性能特点。接着，我们将深入探讨冷凝器和蒸发器的换热过程，分析其结构设计如何影响传热效率，以及换热面积、传热系数、流体速度等关键参数的作用。然后，我们将重点讲解节流装置（如膨胀阀、毛细管）的作用，阐述其如何实现制冷剂的降压和闪蒸，以及节流过程对制冷效果的影响。最后，本章还会讨论不同类型制冷剂的物性差异，以及选择合适的制冷剂对制冷机性能的影响。 第四章 斯特林制冷机：高效而灵活的低温选择 斯特林制冷机以其独特的工作原理和优异的性能，在某些小型低温制冷应用中占据重要地位。本章将全面介绍斯特林制冷机的构造和工作过程。我们将首先讲解斯特林循环的基本理论，包括其理想循环的四个过程（等温压缩、等容冷却、等温膨胀、等容加热）以及其高效率的特点。然后，我们将重点介绍斯特林制冷机的关键部件，特别是再生器，阐述其在热量储存和传递中的核心作用，以及如何影响制冷机的性能。本章还将探讨不同类型的斯特林制冷机，例如阿尔法型、贝塔型和伽马型，分析它们的结构差异和适用场景。此外，我们还将讨论斯特林制冷机的驱动方式、密封技术以及如何优化其设计以提高制冷功率和降低噪音。 第五章 脉冲管制冷机：无运动部件的静音专家 脉冲管制冷机以其结构简单、无运动部件、运行稳定、噪音低等优点，在科研、航空航天等领域越来越受欢迎。本章将深入解析脉冲管制冷机的独特性。我们将首先介绍脉冲管制冷机的基本构成，包括热源、冷源、再生器、脉冲管和声波功放。然后，我们将重点讲解其工作原理，阐述声波能量如何通过脉冲管在再生器内产生温差，实现制冷效果。本章还将详细分析脉冲管制冷机的关键技术，例如声波功放的设计、再生器的优化、气体流场模拟等。此外，我们还会讨论不同结构的脉冲管制冷机，如单级和多级脉冲管制冷机，以及它们在不同温度区间的应用。 第六章 吉姆-汤姆逊效应制冷机：气体膨胀制冷的独特路径 吉姆-汤姆逊效应，又称焦耳-汤姆逊效应，是一种利用气体自由膨胀或通过多孔介质膨胀时温度变化的现象来实现制冷的技术。本章将重点介绍基于此效应的制冷机。我们将首先阐述吉姆-汤姆逊效应的物理原理，包括其与气体分子间相互作用能的关系，以及不同气体在不同温度和压力下的焦耳-汤姆逊系数。接着，我们将介绍基于吉姆-汤姆逊效应的制冷循环，例如节流制冷循环。本章还将探讨如何通过多级节流、换热预冷等技术来提高制冷效率，以及如何设计高效的多孔介质来实现制冷。此外，我们还将讨论吉姆-汤姆逊制冷机在特定应用场景下的优势，例如制备液氦和液氢等。 第七章 关键部件设计与优化：制冷性能的保障 除了制冷循环本身，制冷机的各个关键部件的设计和性能直接影响着其整体的制冷效果和效率。本章将对这些关键部件进行详细的分析和探讨。 压缩机（或声波功放）： 针对不同类型的制冷机，我们将深入研究压缩机的结构设计（如活塞、涡旋、转子、膜片等）、材料选择、密封技术、润滑方式及其对制冷效率、功率消耗和可靠性的影响。对于脉冲管制冷机，我们将重点分析声波功放（如线性马达、音圈马达）的设计和性能参数，包括驱动频率、振幅、效率等。 换热器（冷凝器与蒸发器）： 本章将详细介绍不同类型的换热器（如管壳式、板翅式、套管式）的设计原则，包括传热机理（对流、传导、相变）、传热面积计算、流体分配、压降控制以及材料选择。我们将探讨如何通过优化换热器的结构和流场来提高传热效率，降低能量损耗。 再生器： 对于斯特林制冷机和脉冲管制冷机，再生器是实现热量储存和传递的核心部件。本章将深入研究再生器的结构设计（如丝网、颗粒、陶瓷等）、材料导热率、比热容、表面积、填充密度等参数对制冷性能的影响。我们将探讨如何通过优化再生器的几何形状和材料来提高其热量储存能力和传热效率。 膨胀机构： 对于蒸气压缩制冷机，膨胀阀和毛细管是实现节流降压的关键。本章将分析不同类型膨胀阀的工作原理（如热力膨胀阀、电子膨胀阀）以及毛细管的特性，并探讨其对制冷剂流量控制和制冷效果的影响。对于其他类型的制冷机，如部分气体膨胀制冷机，本章也将讨论相关膨胀机构的设计。 绝热与密封： 在低温环境下，有效的绝热和密封是减少热量损失、维持低温的关键。本章将介绍常用的绝热材料（如真空绝热、多层绝热）及其选择原则，并讨论制冷机内部密封技术的重要性，包括O型圈、金属密封等，以防止冷媒泄漏和外界空气进入。 第八章 制冷剂的选择与特性：性能与环保的考量 制冷剂是低温制冷机中传递热量的载体，其性质直接影响着制冷机的性能、效率和环境友好性。本章将对制冷剂进行深入的分析。 制冷剂的物性参数： 我们将详细介绍制冷剂的关键物性参数，包括沸点、凝固点、临界温度、临界压力、饱和蒸汽压、比热容、导热系数、粘度、密度等，并解释这些参数如何影响制冷机的运行。 制冷剂的分类与应用： 本章将介绍不同类别的制冷剂，如氟利昂类（HFCs, HCFCs, CFCs）、天然制冷剂（如氨、二氧化碳、烃类）、无机化合物等，并讨论它们在不同温度区间和不同类型制冷机中的应用。 环保与安全考量： 随着环保法规的日益严格，制冷剂的环境影响（如臭氧层破坏潜势ODP、全球变暖潜势GWP）和安全性（如易燃性、毒性）成为重要的选择因素。本章将深入探讨这些方面，并介绍当前主流的环保型制冷剂。 制冷剂与其他部件的匹配： 我们还将讨论制冷剂与压缩机、换热器等部件之间的匹配性，以及如何根据制冷机的工作条件选择最合适的制冷剂。 第九章 控制与监测系统：智能化的低温管理 为了确保小型低温制冷机的稳定运行、高效工作以及精确的温度控制，先进的控制与监测系统必不可少。本章将深入探讨这些技术。 温度监测技术： 我们将介绍多种常用的低温温度传感器，如热电偶、电阻温度计（RTD）、热敏电阻（Thermistor）及其在低温下的特性和选型原则。 压力监测技术： 介绍低温压力传感器，如压阻式、电容式等，以及它们在制冷循环中的应用。 流量控制技术： 讨论如何利用电子膨胀阀、流量计等实现制冷剂流量的精确控制，以优化制冷效果。 控制器设计： 介绍PID控制器、模糊逻辑控制器等现代控制算法，以及它们在低温制冷机中的应用，以实现精准的温度和压力稳定。 数据采集与分析： 探讨如何通过数据采集系统记录和分析制冷机的运行数据，以进行性能评估、故障诊断和优化改进。 安全联锁与报警系统： 介绍设计安全联锁和报警系统的重要性，以防止设备损坏和保障人员安全。 第十章 小型低温制冷机的应用与发展趋势 在全面了解了小型低温制冷机的基本原理和关键技术之后，本章将放眼其广泛的应用领域和未来的发展趋势。 科学研究领域： 介绍小型低温制冷机在粒子物理、天体物理、材料科学、量子计算等前沿科学研究中的重要作用，例如作为探测器冷却、样品制备、超导材料应用等。 工业生产领域： 探讨其在半导体制造、精密加工、食品保鲜、生物医药等工业生产过程中的应用，例如真空镀膜、低温焊接、冷冻干燥、药品冷藏等。 医疗健康领域： 介绍其在医学影像（如MRI）、低温手术、细胞冷冻保存、药物研发等领域的应用。 未来发展趋势： 展望小型低温制冷机的未来发展方向，包括更高效率、更紧凑化、更智能化、更环保以及在新能源、航天等新兴领域的应用潜力。我们将讨论微型化制冷技术、新型制冷工质、集成化设计以及与人工智能结合的智能制冷系统等前沿话题。 通过对本书内容的系统学习，读者将能够深刻理解小型低温制冷机的运行奥秘，掌握其设计、制造和维护的关键技术，并能根据具体需求选择和应用最适合的低温制冷解决方案。本书适合从事低温技术研究、制冷设备设计、生产制造以及相关应用领域的工程师、科研人员和高等院校学生阅读。

评分☆☆☆☆☆

陈国邦教授这几年一直有新作，而且细看一下，不是每本内容差不多，总是在不断充实细化，内容很精辟，有时候都想不明白，都是那么多时间，他怎么能不断出新书，而且质量还上乘。 科学出版社的精装书质量也没得说，抱着读一读，真是享受。

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评分☆☆☆☆☆

这本书的结构编排非常流畅，逻辑层次感极强，不像有些技术书籍那样东拉西扯，让人抓不住重点。它从宏观的系统需求分析入手，逐步深入到核心的换热器、压缩机以及膨胀/节流装置的设计细节。特别是在对“微型化”挑战的探讨上，作者的处理方式非常巧妙。他们没有简单地套用宏观设备的缩比公式，而是详细阐述了在微米乃至纳米尺度下，表面张力、毛细作用力以及材料的表面能如何反作用于流体动力学，进而影响到制冷性能。我尤其欣赏其中关于微通道换热器热集成效率优化的部分，它结合了先进的流固耦合仿真结果，直接给出了不同通道几何形状对传热系数的影响曲线。这种从理论推导到具体几何参数优化的路径，让读者能够清晰地看到理论如何指导工程实践，而不是停留在抽象的公式堆砌上，阅读体验非常连贯和富有启发性。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，首先要从它对材料选择和制造工艺的关注度说起。在现代制冷技术中，材料的导热性、机械强度以及与低温介质的相容性，直接决定了系统的可靠性和寿命。这本书里专门辟了一个章节来讨论高低温热端隔离、低热导支撑结构的设计原则，这在很多偏重理论的著作中是很少见的。举个例子，它详细分析了镍基合金在液氦温度下的蠕变特性，并结合了实际的低温泵设计案例，这让我对如何避免低温设备在长期运行中出现微小泄漏和结构失效有了更深刻的认识。更值得称赞的是，书中对不同类型低温阀门的选型标准，给出了基于可靠性与维护成本的综合评估模型，这对于项目初期选型决策非常有指导意义。读完这部分，我立刻回头审视了我们实验室正在测试的一台小型脉管制冷机，发现我们在热沉的设计上确实忽略了轴向热传导的累积效应，这本书提供的视角非常及时和关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的震撼，在于它对“故障诊断与预测性维护”这一工程实用性极强的部分的深入挖掘。很多低温设备的维修手册只是告诉你出了问题该怎么办，但这本书从机理上剖析了常见故障的根源。比如，它详细分析了高速往复式压缩机中活塞环磨损与腔体压力波动的相关性，并给出了通过分析排气频谱来提前预警轴承疲劳的案例。此外，关于制冷剂纯度的影响，书中不仅仅停留在“杂质会导致效率下降”的层面，而是量化了不同组分（如空气、水蒸气）在不同压力和温度下对回热器堵塞阈值的精确计算模型。这对于那些需要在极端、偏远环境下长期运行的小型制冷单元来说，简直是救命稻草。它教会的不仅仅是如何“修好”设备，更是如何构建一个能够自我监控、具备预见性的智能低温系统。

评分☆☆☆☆☆

这本新出的《小型低温制冷机原理》读下来，我的感觉是，它在理论深度和实际应用结合上，确实下了一番功夫。开篇对热力学第二定律的阐述，就不是那种教科书式的空泛讨论，而是紧密围绕小型制冷循环的能效极限展开，这一点非常对我的胃口。尤其是在斯特林循环和脉管制冷机的对比分析部分，作者用非常直观的图表和数学模型，清晰地展示了在特定工况下，不同循环的优劣势。我之前一直对脉管制冷机在高频振动下的热交换效率提升机制感到困惑，这本书里关于气体动力学与热物理耦合的章节，给出了非常详尽的解释，甚至涉及到了边界层效应的数值模拟结果。而且，书中对低温流体输运过程中的压力损失计算方法也相当详尽，这对于设计实际运行的低温管路系统至关重要。总的来说，它不像市面上很多同类书籍那样，只停留在原理介绍，而是深入到了工程实现的“痛点”去解决问题，对于想深入理解并优化制冷系统性能的工程师来说，这本书无疑是一本难得的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

从文献引用和专业术语的规范性来看，这本书展现了极高的学术严谨度。我注意到，它对近十年国际顶级期刊上关于脉管制冷机热声耦合、微型斯特林机的高频驱动技术等前沿研究成果都有充分的吸收和批判性引用。这种博采众长的态度，使得本书的内容既有坚实的传统理论基础，又充满了面向未来的创新活力。特别是书中对“基于新型磁制冷材料在小型循环中的应用潜力”这一章节的展望，作者没有过度夸大其短期可行性，而是客观地指出了当前材料的磁热效应与系统集成方面的瓶颈，并提出了未来五年内可能突破的方向。这种清醒而又充满洞察力的分析，使这本书超越了普通技术手册的范畴，更像是一份高质量的行业发展路线图，对于科研人员规划下一阶段的研究重点，具有极强的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

经常拿出来参考一下。。。

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