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開發(fā)、國防軍事裝備、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)用和推動社會進步的巨大作用。

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)會議第240次學(xué)術(shù)研討會日前在北京召開，中國科學(xué)院理化技術(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多位專家參加了會議。

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

新型低溫制冷方法、進展及展望

中科院理化技術(shù)所周遠院士在“新型低溫制冷方法、進展及展望”主題評述報告中，介紹了當(dāng)取得重大進展的新型制冷方法及進一步發(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。脈沖管制冷是一種完全消除了低溫運動部件的新一代低溫制冷方法，可以較好的解決可靠性問題，在進二十年左右的時間里得到飛速發(fā)展。發(fā)展進程中，中國和中國學(xué)者做出了重要貢獻，開展了許多原創(chuàng)性的工質(zhì)并取得了舉世矚目的成果。包括提出了雙向進氣流程、多路進氣流程、多路進氣流程以及雙小孔脈沖管制冷流程等發(fā)明，同時建立和發(fā)展了脈沖管制冷工作機理的熱聲理論、熱力學(xué)非對稱效應(yīng)模型以及數(shù)值模擬方法，得到了國際同行的認可和贊譽。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)制冷方法無法比擬的優(yōu)勢。我國在該領(lǐng)域里取得多項令人矚目的創(chuàng)新成果，包括發(fā)明并研制出了壓比高達1.3的聚能性熱聲發(fā)動機（國際上為1.2左右）、首次突破液氮的完全無運動部件的熱聲制冷以及在冰箱制冷溫區(qū)（-20度）COP達到1.5左右的高性能室溫行波熱聲制冷機，將會極大的推動熱聲制冷技術(shù)的全面發(fā)展和工程化進程。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)動機或熱聲發(fā)電機。可以預(yù)期，熱聲制冷技術(shù)和熱聲發(fā)動機技術(shù)將成為國際制冷界和能源界里一個競爭白熱化的重大研究前沿和熱點，為了進一步推動脈動沖管制冷技術(shù)的工程化進展，特別推動具有前瞻性和戰(zhàn)略性發(fā)展地位的熱聲技術(shù)的發(fā)展，需要對基于可壓縮交變流動為基礎(chǔ)熱機和制冷機存在若干共性科學(xué)問題進行深入研究。

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

討論中，上海交通大學(xué)鄭平教授對脈沖管制冷機中的回?zé)崞鳎l(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)是一個值得注意的方向。

中科院基礎(chǔ)金擇研究員強調(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，而量子計算機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、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“多級低頻G-M型脈管制冷研究”的中心議題報告，介紹了多級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：多級脈沖管制冷的流程及熱力學(xué)設(shè)計方法；回?zé)崞髟谏畹蜏兀?0K-1K）和交變流動狀態(tài)下的熱力學(xué)、流動和傳熱規(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)的流動傳熱規(guī)律以及低溫換熱器的強化傳熱措施，環(huán)路直流生產(chǎn)的機理、抑制措施以及脈管內(nèi)熱自然對流的工作機理等，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，多級脈沖管制冷目前處于快速發(fā)展和激烈競爭階段，我國在此方面已具有較好基礎(chǔ)，但需繼續(xù)深入研究，才能保持先進地位，為我國的低溫技術(shù)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所梁驚濤研究員“高頻脈沖管制冷研究的新進展及基礎(chǔ)問題”的報告中，分析了高頻脈沖管制冷在航天航空、國防軍事以及民用市場中的應(yīng)用前景和研究發(fā)展趨勢，介紹了高頻脈沖管制冷研究的最新進展，包括基礎(chǔ)理論研究，基礎(chǔ)實驗研究以及應(yīng)用研究三個主要方面的進展情況。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所長李青研究員和中華科技大學(xué)郭方中教授在“熱聲現(xiàn)象、熱聲熱機和熱聲網(wǎng)絡(luò)理論”報告中，指出了傳統(tǒng)平衡態(tài)熱力學(xué)方法在揭示新型熱機，熱聲熱機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以及熱聲熱機的思路以及回?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“熱聲制冷研究的最新進展”的報告中，指出熱聲熱機的研究工作已經(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)動機效率和壓比的大幅度提高，熱驅(qū)動室溫制冷和深度低溫制冷都取得突破性的進展，熱聲系統(tǒng)微型化的研究也有較大進展，這些研究進展有許多是中國提出并實現(xiàn)的，表明中國在熱聲研究領(lǐng)域已處于國際前列。