研究的系統流程簡圖在圖1中給出。該流程采用液氮預冷，一個制冷級含有一臺透平膨脹機和節流閥，這里節流閥的安裝是必須的，首先可以在變工況的情況下調節進入膨脹機的工質流量以控制膨脹機的葉輪轉速，從而使系統穩定運行；其次是可以通過調節閥門的開度來調節膨脹機的進口壓力，從而可以很好地適應系統有無液氮預冷的工況。 

熱力學計算：

系統假設：

（1）換熱器熱端壓降為2 kPa，冷端壓降為1 kPa；

（2）透平等熵效率為70%，且不隨壓力和溫度等變化；

（3）系統處于穩定狀態。

        系統的制冷系數定義為：

式中：Q為制冷量，kW；W為壓縮機功耗，kW。

工質的比定義為：

式中：h和s分別為工質的比焓和比熵，T0是參考溫度（300 K），h0和s0分別為參考狀態下工質的比焓和比熵（T=300 K，P0=101 kPa）。

壓縮機、冷箱以及系統的效率分別為：

式中：m為壓縮機入口流量，mLN為液氮耗量。

主要參數的熱力學分析：        

（1）膨脹比對系統效率的影響

遺傳算法優化參數

        遺傳算法是一種借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機制的隨機搜索算法。遺傳算法模擬了自然選擇和遺傳中發生的復制、交叉和變異等現象，從任一初始種群出發，通過隨機選擇、交叉和變異操作，產生一群更適應環境的個體，使群體進化到搜索空間中越來越好的區域，這樣一代一代地不斷繁衍進化，收斂到一群適應環境的個體，求得問題的優解。

        制冷機主壓縮機采用的是雙螺桿變頻調速壓縮機。考慮BEPCII低溫系統每年需要連續運行10個月，壓縮機故障停機后處理的時間較長，嚴重的影響BEPCII的運行。所以2009年夏季檢修期間，增加了一臺備用壓縮機，備用壓縮機可以代替壓縮機A，也可以代替壓縮機B運行，所以目前兩套系統有3臺壓縮機可交替運行，大大提高了系統運行的可靠性。但冷箱還是兩套，沒有備件。

        冷箱包括：換熱器、吸附器、透平、閥門和管道等部件。透平、閥門都可以從冷箱頂部取出進行維護。運行這些年，更換過透平幾次，更換過閥門墊圈。但冷箱內部到目前為止還沒有維護過。圖1為冷箱外觀圖，從外觀看冷箱的體積比較龐大，要維護一次需要大量的人力和物力。

結論：

        經過測試，當有液氮預冷時測試制冷能力為553 W，液化率215.8 L/h，如圖9所示，達到初圖9制冷機制冷能力和液化能力的驗收指標。改造后效果良好，目前制冷機運行穩定。

        在變化磁場中某些磁性材料存在勵磁放熱、去磁吸熱的特性，這種特性被稱為磁熱效應。通常磁熱效應有兩種表征參數，絕熱溫變ΔTad與等溫磁熵變ΔSM。磁制冷循環是基于材料的磁熱物性來實現的。類似于蒸汽壓縮式制冷循環，擁有磁熱效應的工質在低溫環境下去磁吸收熱量，并在高溫環境下磁化釋放熱量，從而形成了一個完整的制冷循環。主動磁制冷循環是磁制冷中重要的應用循環之一，由主動磁回熱器(Active Magnetic Regenerator，縮寫AMR)與基本磁制冷循環構成，如兩個等磁場過程和兩個等熵過程構成的主動磁Brayton循環，循環運行過程如圖1所示。小型室溫磁制冷系統由同心Halbach永磁體組、主動磁回熱器、高低溫換熱器及換熱流體、驅動控制與采集系統等組成。

總  結：

         搭建了一臺小型旋轉式室溫磁制冷系統并進行了初步性能實驗研究。樣機選用了同軸Halbach永磁組，對主動回熱器端蓋處進行了雙通道設計，其多軸伺服驅動器分別對磁體和水力活塞進行時序相位控制。系統采用了0.55—0.80 mm的釓球作為磁制冷工質、pH值11的NaOH溶液為換熱流體，在運行頻率0.6 Hz下，獲得13.3 K的大無負荷制冷溫跨，在0.40 Hz運行頻率下，獲得佳利用系數0.35，此時無負荷大制冷溫跨為12.1 K。通過對高低溫端制冷溫跨、利用系數等參數的初步研究，考察了室溫磁制冷系統運行特性，尋找室溫樣機的優工作參數，為下一步實驗樣機的改造和擴大實驗參數測試提供指導，為其它磁制冷樣機的研究提供借鑒。