李仁智，陈晓屏，孙 皓，李昊岚

（昆明物理研究所，云南 昆明 650223）

0 引言

回热器是回热式低温制冷机中的关键部件，冷热流体工质在其中交变流动，直接与回热器填料进行热交换。根据计算回热器1%的效率损失会引起接近10%的理论制冷量损失，当回热器效率为90%时，理论制冷量损失会达到100%[1]，由此可见回热器效率的重要性。因此对回热器的研究是制冷机研究中的一大重点。根据填料填充方式的不同，回热器可分为径向填充（层叠金属丝网式，堆叠金属珠式，金属丝网和金属珠混合式），轴向填充（平行金属丝式，平行金属片式），随机填充3种类型[2]，以上3种填充结构都为多孔介质结构。当前对回热器的研究方法主要有实验研究和数值模拟，不管是实验研究方法还是数值模拟方法都未能从微观结构上对回热器进行研究，因此本文采用分形理论对回热器进行表征。

1 分形表征理论基础

多孔介质是指由许多骨架形成大量微小缝隙的物质，丝网填充的回热器是一种典型的多孔介质。回热器中的丝网一般为100 目～500 目，将丝网裁剪后填入回热器外管，形成回热器的基本结构。

图1为不锈钢网片堆叠的示意图，图2为不锈钢网片和不锈钢毡的显微照片，除图1和图2所示的径向填充回热器填充结构，还有轴向填充、随机填充等填充结构的回热器，这些回热器都是多孔结构。一般实际多孔介质都具有统计自相似的分形特征。已有文献报道[3-5]，多孔介质的孔隙大小分布满足分形标度律。……