脉冲管制冷机由于低温下没有运动部件，具有振动低、寿命长和可靠性高等优点。尤其是采用对置式线性压缩机驱动的高频脉冲管制冷机，由于能流密度提高，制冷机的尺寸得到了有效的缩减，在体积和效率方面都有着显著的提升，从而吸引了国内外众多学者的研究。目前高频脉冲管制冷机在液氮温区已经出现一些商业化的产品，在液氢温区也日趋成熟，但在更低温度，比如10K以下温区，现在高频脉冲管制冷机发展并不成熟。目前报道的能够获得10K以下的高频脉冲管制冷机通常为热耦合结构，也即需要多级逐渐串联，通过上级预冷下级而获得低温，并且往往需要多个压缩机进行驱动，在结构的紧凑性和整机的效率上都存在着较大的不足。基于此，本文对10K以下温区的高频脉冲管制冷机开展研究，主要研究内容如下:
　　(1)设计了10K以下温区高频脉冲管制冷机流程
　　针对热耦合多级高频脉冲管制冷机的不足，设计了一个由单个压缩机驱动的两级气耦合制冷流程。预冷级和低温级都采用同轴结构，其中预冷级采用室温调相，低温级采用低温调相。通过数值计算，详细考察了前级预冷温度对低温级制冷性能的影响，最终确定的预冷级和低温级温度分别是40K和6K。
　　(2)单级40K制冷机（气耦合两级的预冷级）的结构设计与实验研究
　　为了便于与低温级的气耦合，设计的预冷级结构为同轴型，采用不锈钢丝网为蓄冷材料，长颈管、气库和双向进气为调相机构。通过数值计算，详细考察了结构参数和运行参数对制冷性能的影响。在此基础上，研制了相应的样机。测试结果表明研制的单级高频脉冲管制冷机获得了最低22.7K的制冷温度，在395W的输入电功下，能够在40K提供5W制冷量，整机相对卡诺效率为7.6％，处于国际一流水平。
　　(3)10K以下温区两级气耦合高频脉冲管制冷机的整机优化与实验研究
　　通过数值计算，对预冷级和低温级之间的气耦合特性、回热器损失特性、双向进气和长颈管调相机的构影响等内容开展了研究。在40K预冷级的基础上，以气耦合的结构形式耦合了同轴型布置的低温级。数值计算表明预冷级相位的变化对低温级有所影响，但低温级对预冷级的相位几乎没有影响。预冷级回热器中的填料为不锈钢丝网，低温级回热器中的填料为Er3Ni等颗粒性磁性蓄冷材料。两者的回热器损失特性有所不同，丝网型回热器主要的可用能损失为流动阻力损失和不可逆换热损失，颗粒型回热器主要的可用能损失为不可逆换热损失。低温级回热器中较小粒径的回热器填料有利于获得更低的温度，但不利于获得更大的制冷量。预冷级和低温级的双向进气均对制冷机性能的提升有很大作用，但预冷级的双向进气对两级均有影响，而低温级的双向进气对预冷级几乎没有影响。
　　进一步研制了相关的样机，进行了整机的测试和优化。测试结果表明，研制的两级气耦合高频脉冲管制冷机在输入电功400W时，能够在8K提供80mW制冷量或者在10K提供166mW制冷量;同时，该制冷机可以同时在8K和40K分别提供48mW和1W的制冷量，制冷效率处于国际一流水平。获得的无负荷最低温度5.66K也是目前国际上两级气耦合脉冲管制冷机获得的最低温度。