常志昊，崔晓钰，耿晖，佘海龙

（上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093）

引 言

微小型节流制冷器因体积小、制冷温度低、降温速度快、无运动部件等特点，被广泛应用于红外制导[1]、电子设备散热[2]、低温医疗[3]等领域。节流制冷器逆流换热段结构对性能有决定性的影响，从早期的单气路螺旋管（汉普逊型节流制冷器）发展到双螺旋渐开线沟槽、双气路、烧结粉末、套管式、软线型以及刻蚀微通道等结构。Tsuzuki 等[4-9]的研究表明，微通道结构在高效换热方面具有独特优势，其中矩形直槽道结构最为常见，可应用于节流制冷。1982 年，Little[10]成功研制出逆流换热段为单层高、低压矩形槽道，节流机构为小孔的微型节流制冷器，矩形槽道特征尺寸为几到几十微米，10 MPa进口压力下，制冷器典型性能值为83 K@250 mW。2005 年，Lerou 等[11]制作的节流制冷器同样为单层高、低压矩形槽道结构，回热换热段和节流通道的尺寸分别为8.9 mm×1.5 mm×0.03 mm，0.083 mm×1 mm×3×10-4mm，以氮气为实验工质，在8 MPa入口压力下，性能达到97 K@4.57 mW。随后，Lerou 等[12]又从减少熵增的角度建立数学模型对逆流换热段矩形槽道的长宽高进行优化，性能目标设定为96 K@14.7 mW，得到两组优化结果：37 mm×2.1 mm×53 μm 和17 mm×2.0 mm×35 μm。2015 年，Gong 等[13]采用线切割的方法，在不锈钢板两侧加工平行矩形微槽道，制作出回热段为板翅式换热器的节流制冷器芯体。低压通道翅片高度为3 mm，高压为2.5 mm，两个鳍之间的距离为0.2 mm，采用微型压缩机驱动的混合工质闭式系统，结果表明，1.7 MPa的高压下，制冷器性能达到118 K@4 W。2016 年，Cao 等[14]在一款两级节流微通道制冷器中分别布置了8 条和4条平行的矩形槽道作为一级和二级节流机构，截面尺寸分别为1 mm×0.135 mm×1.1 μm 和0.028 mm×1.1 μm。……