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在脉管制冷机中,由于其冷端无运动部件,无法像斯特林制冷机那样通过排出器(或活塞)回收膨胀功,因而存1在于脉管单元内的声功将以热的形式耗散在脉管热端的调相机构中,使之本征效率低下。而对于高温超导冷却中所需要的百瓦级或千瓦级等大功率应用场合,这就意味着有近千瓦的声功将在脉管热端白白耗散掉。本文提出一种可以回收这部分声功的级联型脉管制冷机,它由主级脉管制冷机和辅级脉管制冷机构成,主辅级之间通过一根传输管连接,既满足主级的调相,又可使其驱动辅级脉管制冷机,从而达到声功回收利用的目的。为此,本文开展了以下三方面的研究工作：1)对脉管制冷机声功回收概念的提出与发展作了较为详尽的文献调研,按结构类型可分为主动回收型和被动回收型两种。受Swift的四分之一波长理论的启发,提出声功回收级联型脉管制冷机结构,以提高整机效率。2)采用回热式低温制冷机设计软件REGEN和Sage,完成对单级脉管制冷机和级联型脉管制冷机的整机建模,详细阐述基于软件各自优势的高效设计思路,完成对主级参数的优化,以及传输管和辅级的设计,并对单级脉管制冷机和级联型脉管制冷机内部相位变化和能量流分布进行了详细的分析。理论计算表明：在500W电功输入下,单级脉管制冷机在233K可以得到196.3W的制冷量(相对卡诺效率11.3%),级联后的脉管制冷机可以得到252.6W的制冷量(相对卡诺效率14.5%),比前者提高28.6%。3)设计并搭建单级脉管制冷机与级联型脉管制冷机实验台,在500W电功输入下,单级制冷机可在233K获得181.3W的制冷量(相对卡诺效率为10.4%)；级联制冷机主级在233K可提供175.0W冷量,辅级可提供66.6W冷量,总制冷量达到241.6W(相对卡诺效率为13.9%),比前者高33.3%,有力证明了声功回收概念的可行性。