制冷與低溫技術(shù)研究前言

制冷與低溫技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中越來越得到廣泛應(yīng)用，包括在航天航空及空間探測(cè)開發(fā)、事裝備、信息技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)、交通和能源、科學(xué)研究、工業(yè)級(jí)日常成活等方面，展示了制冷與低溫技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的巨大作用。

以“制冷與低溫科學(xué)技術(shù)研究前沿"為主題的香山科學(xué)會(huì)議第240次學(xué)術(shù)研討會(huì)日前在北京召開，理化技術(shù)研究所洪朝生院士、清華大學(xué)過增元院士、北京航空航天大學(xué)王浚院士擔(dān)任會(huì)議的執(zhí)行主席，來自制冷與低溫、工程熱物理、低溫物理以及聲學(xué)等不同學(xué)科領(lǐng)域40多位專家參加了會(huì)議。

會(huì)議就新型低溫制冷技術(shù)熱力學(xué)、低溫制冷技術(shù)中的流動(dòng)與傳熱傳質(zhì)學(xué)、低溫制冷技術(shù)中的熱動(dòng)力學(xué)理論和非線性問題中心議題進(jìn)行了討論。

新型低溫制冷方法、進(jìn)展及展望

中科院理化技術(shù)所周遠(yuǎn)院士在“新型低溫制冷方法、進(jìn)展及展望"主題評(píng)述報(bào)告中，介紹了當(dāng)取得重大進(jìn)展的新型制冷方法及進(jìn)一步發(fā)展需要解決的科學(xué)問題。

新型制冷方法包括脈沖管制冷、熱聲制冷、混合工質(zhì)節(jié)流制冷以及吸附式制冷等。脈沖管制冷是一種消除了低溫運(yùn)動(dòng)部件的新一代低溫制冷方法，可以較好的解決可靠性問題，在進(jìn)二十年左右的時(shí)間里得到飛速發(fā)展。發(fā)展進(jìn)程中，中國和中國學(xué)者做出了重要貢獻(xiàn)，開展了許多原創(chuàng)性的工質(zhì)并取得了舉世矚目的成果。包括提出了雙向進(jìn)氣流程、多路進(jìn)氣流程、多路進(jìn)氣流程以及雙小孔脈沖管制冷流程等發(fā)明，同時(shí)建立和發(fā)展了脈沖管制冷工作機(jī)理的熱聲理論、熱力學(xué)非對(duì)稱效應(yīng)模型以及數(shù)值模擬方法，得到了國際同行的認(rèn)可和贊譽(yù)。熱聲制冷則是一種應(yīng)用前景更為廣闊的新型制冷方法，具有許多傳統(tǒng)制冷方法的優(yōu)勢(shì)。我國在該領(lǐng)域里取得多項(xiàng)令人矚目的創(chuàng)新成果，包括發(fā)明并研制出了壓比高達(dá)1.3的聚能性熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)（國際上為1.2左右）、突破液氮的無運(yùn)動(dòng)部件的熱聲制冷以及在冰箱制冷溫區(qū)（-20度）COP達(dá)到1.5左右的高性能室溫行波熱聲制冷機(jī)，將會(huì)極大的推動(dòng)熱聲制冷技術(shù)的全面發(fā)展和工程化進(jìn)程。熱聲制冷是熱聲效應(yīng)在制冷中的應(yīng)用，而利用熱聲效應(yīng)則可以研制熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)或熱聲發(fā)電機(jī)?？梢灶A(yù)期，熱聲制冷技術(shù)和熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)將成為國際制冷界和能源界里一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的重大研究前沿和熱點(diǎn)，為了進(jìn)一步推動(dòng)脈動(dòng)沖管制冷技術(shù)的工程化進(jìn)展，特別推動(dòng)具有前瞻性和戰(zhàn)略性發(fā)展地位的熱聲技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)基于可壓縮交變流動(dòng)為基礎(chǔ)熱機(jī)和制冷機(jī)存在若干共性科學(xué)問題進(jìn)行深入研究。

最后，周遠(yuǎn)院士提出了發(fā)展我國制冷與低溫技術(shù)的建議，包括要大力加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、熱物理測(cè)量傳感器以及科學(xué)儀器的研制等，爭(zhēng)取做出原創(chuàng)性研究成果，為我國今后可持續(xù)性發(fā)展做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。

討論中，上海交通大學(xué)鄭平教授對(duì)脈沖管制冷機(jī)中的回?zé)崞?，發(fā)展新的可壓縮氣體多控介質(zhì)模型，東南大學(xué)施明恒教授強(qiáng)調(diào)，要充分重視可再生能源在制冷與低溫技術(shù)中應(yīng)用，并提到基于微/納米固體的半導(dǎo)體制冷技術(shù)是一個(gè)值得注意的方向。

中科院基礎(chǔ)金擇研究員強(qiáng)調(diào)，量子工程今后可能在信息技術(shù)方面有重大的發(fā)展和應(yīng)用，而量子計(jì)算機(jī)和量子通訊這些量子技術(shù)的物理效應(yīng)都是低溫下才出現(xiàn)的現(xiàn)象，他們的大規(guī)模應(yīng)用將極大地取決于今后是否可方便地提供經(jīng)濟(jì)、可靠的低溫冷源。

新型低溫制冷技術(shù)

浙江大學(xué)陳國邦教授作了“多級(jí)低頻G-M型脈管制冷研究"的中心議題報(bào)告，介紹了多級(jí)G-M型脈沖管制冷的科技問題及其研究的主要思路，涉及的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)包括：多級(jí)脈沖管制冷的流程及熱力學(xué)設(shè)計(jì)方法；回?zé)崞髟谏畹蜏兀?0K-1K）和交變流動(dòng)狀態(tài)下的熱力學(xué)、流動(dòng)和傳熱規(guī)律，以及提高交變低溫回?zé)崞鞯目茖W(xué)途徑；核在臨界區(qū)的流動(dòng)傳熱規(guī)律以及低溫?fù)Q熱器的強(qiáng)化傳熱措施，環(huán)路直流生產(chǎn)的機(jī)理、抑制措施以及脈管內(nèi)熱自然對(duì)流的工作機(jī)理等，氦-3在全溫區(qū)尤其是極低溫區(qū)的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)及熱力狀態(tài)方程，最后指出，多級(jí)脈沖管制冷目前處于快速發(fā)展和激烈競(jìng)爭(zhēng)階段，我國在此方面已具有較好基礎(chǔ)，但需繼續(xù)深入研究，才能保持地位，為我國的低溫技術(shù)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

理化技術(shù)研究所梁驚濤研究員“高頻脈沖管制冷研究的新進(jìn)展及基礎(chǔ)問題"的報(bào)告中，分析了高頻脈沖管制冷在航天航空、事以及民用市場(chǎng)中的應(yīng)用前景和研究發(fā)展趨勢(shì)，介紹了高頻脈沖管制冷研究的進(jìn)展，包括基礎(chǔ)理論研究，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究以及應(yīng)用研究三個(gè)主要方面的進(jìn)展情況。

理化技術(shù)研究所長(zhǎng)李青研究員和中華科技大學(xué)郭方中教授在“熱聲現(xiàn)象、熱聲熱機(jī)和熱聲網(wǎng)絡(luò)理論"報(bào)告中，指出了傳統(tǒng)平衡態(tài)熱力學(xué)方法在揭示新型熱機(jī)，熱聲熱機(jī)所碰到的困難和遇到的挑戰(zhàn)。介紹了將網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)以及熱聲熱機(jī)的思路以及回?zé)崞鳠o源網(wǎng)絡(luò)模型和有源網(wǎng)絡(luò)模型，闡述了發(fā)展高頻（KHZ以上）微型熱聲系統(tǒng)的應(yīng)用前景，面臨的科學(xué)問題以及可能采用的研究方法等。

中科院理化技術(shù)所戴巍博士和浙江大學(xué)邱利民教授在“熱聲制冷研究的進(jìn)展"的報(bào)告中，指出熱聲熱機(jī)的研究工作已經(jīng)從原來依賴本征熱力學(xué)不可逆性的駐波工作模式轉(zhuǎn)向了內(nèi)在熱力學(xué)可逆行的行波工作模式上。最近熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)效率和壓比的大幅度提高，熱驅(qū)動(dòng)室溫制冷和深度低溫制冷都取得突破性的進(jìn)展，熱聲系統(tǒng)微型化的研究也有較大進(jìn)展，這些研究進(jìn)展有許多是中國提出并實(shí)現(xiàn)的，表明中國在熱聲研究領(lǐng)域已處于國際前列。