孔家煊，赵钦宇，晁春阳，周文杰，王 博，程 路，甘智华*，徐 军

（1.浙江大学制冷与低温研究所 浙江省制冷与低温技术重点实验室，杭州 310027；2.杭州电子科技大学能量利用与自动化研究所，杭州 310018；3.日照华斯特林科技有限公司，山东 日照 276800）

0 引言

近年来，由于红外技术和超导领域的持续发展，低温制冷机的需求日益增长[1−2]。斯特林制冷机作为低温制冷机的重要分支，具有本征效率高、稳定性好、结构紧凑和使用寿命长等优点。斯特林制冷机的驱动源是高频的交变压力，压缩活塞和气缸间的侧向力不利于延长寿命和减小噪声，因此使用直线电机驱动压缩机，不但可以省去运动转换装置；同时能通过调节电压来调节活塞行程[3]。

建立合理的数值模型对斯特林制冷机以及线性压缩机的设计非常重要，许多研究者已经开展了相关工作。Clark将线性压缩机的机械常量、电参数、动子质量等效到一个电路等效模型中，以匹配一台斯特林制冷机为例，通过非线性静磁场的有限元方法，以最小线圈电阻损耗和最小设备体积为目标，对线性压缩机进行了设计[4]。Almajri等[5]用COMSOL建立了斯特林制冷机的计算流体力学（CFD）模型，通过实验验证后使用该模型研究了相角、孔隙率、回热器长度对制冷量的影响。上海技术物理研究所的邓伟峰等[6]采用Maxwell建立了自由活塞式线性压缩机电磁−机械−声耦合模型，模拟了不同负载条件下压缩机电磁参数和动力特性的瞬态变化规律。

目前，在回热式低温制冷机设计领域，一维数值计算软件SAGE在制冷机端较为完善，而在压缩机端仅提供了几个简单的接口，简化了电磁场的计算[7]，无法对压缩机的设计起到良好的指导作用。……