制冷與低溫技術研究前言

制冷與低溫技術在國民經濟建設和國防建設中越來越得到廣泛應用，包括在航天航空及空間探測開發、事裝備、信息技術、生命科學技術、交通和能源、科學研究、工業級日常成活等方面，展示了制冷與低溫技術的廣泛應用和推動社會進步的巨大作用。

以“制冷與低溫科學技術研究前沿”為主題的香山科學會議第240次學術研討會日前在北京召開，理化技術研究所洪朝生院士、清華大學過增元院士、北京航空航天大學王浚院士擔任會議的執行主席，來自制冷與低溫、工程熱物理、低溫物理以及聲學等不同學科領域40多位專家參加了會議。

會議就新型低溫制冷技術熱力學、低溫制冷技術中的流動與傳熱傳質學、低溫制冷技術中的熱動力學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，介紹了當取得重大進展的新型制冷方法及進一步發展需要解決的科學問題。

新型制冷方法包括脈沖管制冷、熱聲制冷、混合工質節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展。發展進程中，中國和中國學者做出了重要貢獻，開展了許多原創性的工質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明，同時建立和發展了脈沖管制冷工作機理的熱聲理論、熱力學非對稱效應模型以及數值模擬方法，得到了國際同行的認可和贊譽。熱聲制冷則是一種應用前景更為廣闊的新型制冷方法，具有許多傳統制冷方法的優勢。我國在該領域里取得多項令人矚目的創新成果，包括發明并研制出了壓比高達1.3的聚能性熱聲發動機（國際上為1.2左右）、突破液氮的無運動部件的熱聲制冷以及在冰箱制冷溫區（-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的全面發展和工程化進程。熱聲制冷是熱聲效應在制冷中的應用，而利用熱聲效應則可以研制熱聲發動機或熱聲發電機?？梢灶A期，熱聲制冷技術和熱聲發動機技術將成為國際制冷界和能源界里一個競爭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的工程化進展，特別推動具有前瞻性和戰略性發展地位的熱聲技術的發展，需要對基于可壓縮交變流動為基礎熱機和制冷機存在若干共性科學問題進行深入研究。

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

討論中，上海交通大學鄭平教授對脈沖管制冷機中的回熱器，發展新的可壓縮氣體多控介質模型，東南大學施明恒教授強調，要充分重視可再生能源在制冷與低溫技術中應用，并提到基于微/納米固體的半導體制冷技術是一個值得注意的方向。

中科院基礎金擇研究員強調，量子工程今后可能在信息技術方面有重大的發展和應用，而量子計算機和量子通訊這些量子技術的物理效應都是低溫下才出現的現象，他們的大規模應用將極大地取決于今后是否可方便地提供經濟、可靠的低溫冷源。

新型低溫制冷技術

浙江大學陳國邦教授作了“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，涉及的科學問題和關鍵技術包括：多級脈沖管制冷的流程及熱力學設計方法；回熱器在深低溫（20K-1K）和交變流動狀態下的熱力學、流動和傳熱規律，以及提高交變低溫回熱器的科學途徑；核在臨界區的流動傳熱規律以及低溫換熱器的強化傳熱措施，環路直流生產的機理、抑制措施以及脈管內熱自然對流的工作機理等，氦-3在全溫區尤其是極低溫區的基礎物性數據及熱力狀態方程，最后指出，多級脈沖管制冷目前處于快速發展和激烈競爭階段，我國在此方面已具有較好基礎，但需繼續深入研究，才能保持地位，為我國的低溫技術發展做出應有的貢獻。

理化技術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問題”的報告中，分析了高頻脈沖管制冷在航天航空、事以及民用市場中的應用前景和研究發展趨勢，介紹了高頻脈沖管制冷研究的進展，包括基礎理論研究，基礎實驗研究以及應用研究三個主要方面的進展情況。

理化技術研究所長李青研究員和中華科技大學郭方中教授在“熱聲現象、熱聲熱機和熱聲網絡理論”報告中，指出了傳統平衡態熱力學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。介紹了將網絡理論應用于回熱式低溫制冷機以及熱聲熱機的思路以及回熱器無源網絡模型和有源網絡模型，闡述了發展高頻（KHZ以上）微型熱聲系統的應用前景，面臨的科學問題以及可能采用的研究方法等。

中科院理化技術所戴巍博士和浙江大學邱利民教授在“熱聲制冷研究的進展”的報告中，指出熱聲熱機的研究工作已經從原來依賴本征熱力學不可逆性的駐波工作模式轉向了內在熱力學可逆行的行波工作模式上。最近熱聲發動機效率和壓比的大幅度提高，熱驅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的，表明中國在熱聲研究領域已處于國際前列。