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高频脉冲管制冷机具有体积小、重量轻、振动低、电磁干扰小等优点，已经逐渐取代斯特林制冷机成为空间制冷机的首要选择。随着科学技术的发展和进步，深空探测、卫星对地成像、太赫兹通讯和空间科学实验等领域都已表现出对液氦温区制冷机的强烈需求。由于单级高频脉冲管制冷机的最低无负荷温度一般都在20K以上，无法满足液氦温区的制冷温度要求，因此亟需对可工作于液氦温区的多级高频脉冲管制冷机进行研究，以满足空间探测等领域发展的需要。然而，仅有少数国外单位掌握了液氦温区高频脉冲管制冷机的技术，国内对于液氦温区高频脉冲管制冷机的研究刚刚起步，存在着许多尚待研究解决的问题。其中尤为突出的是工质非理想性引起的非理想热力学过程对制冷性能的影响问题。对此本文开展了理论与实验研究工作，主要内容如下: 1.液氦温区脉冲管制冷机非理想热力学过程分析。运用拉格朗日法对脉管和回热器内的气体微团在非理想状态下的热力学过程进行了定性分析，通过与理想状态下微团热力学过程的对比，说明非理想气体对于制冷机性能的影响。通过对非理想条件下脉冲管制冷机内的能量流动和热力学过程进行分析，详细阐述工作于液氦温区非理想状态下的脉冲管制冷机内非理想损失产生的机制以及制冷机效率降低的原因。 2.预冷温度对液氦温区脉冲管制冷机性能影响的研究。分析非理想状态下预冷温度对于低温级脉冲管制冷机的影响，并通过实验研究预冷温度对于不同温区的脉冲管制冷机的影响，得到理想的低温级预冷温度。研究结果作为液氦温区多级脉冲管制冷机设计的级间温度选择的依据。 3.液氦温区高频脉冲管制冷机低温级的研究。分析非理想条件下制冷机低温级的回热器长度、回热材料、填充方式、工作压力和工作频率对于制冷机性能的影响。通过实验研究了不同温区最佳的回热器长度、不同磁性蓄冷材料的最佳工作温区、最佳的混合填充方式、分层填充方式的优势以及不同工作状态下，低温级制冷机的最佳充气压力和最佳工作频率。结合实验研究的结果，运用非理想热力学的理论对各种现象进行合理的分析和解释。 4.液氦温区两级高频脉冲管制冷机集成化研究。通过模拟和实验相结合的方法，减小制冷机由于热传导和热辐射引起的漏热损失，提高制冷机的性能。并对制冷机进行集成测试，实验研究了各类工作参数对于集成后的制冷机性能的影响，成功获得了可工作于液氦温区的两级高频脉冲管制冷机，这是国际上首次使用两级高频脉冲管制冷机达到液氦温区。 5.两级高频脉冲管制冷机的应用研究。在两级高频脉冲管制冷机达到液氦温区的基础上，设计可达4K以下的三级高频脉冲管制冷机;与液氦温区节流制冷机耦合实现节流效应;与氮化铌超导隧道结耦合实现超导效应。 上述工作提高了我国液氦温区空间制冷技术的水平，为我国未来的空间探测提供了技术保障。