脉冲管制冷机是一种有广阔应用前景的小型低温制冷机。直流是伴随脉冲管制冷机内交变主流的一种特殊的物理现象。脉冲管制冷机内的直流会带来较大的传热损失，影响制冷性能，因此研究直流的产生机理和抑制方法具有非常重要的意义。由于脉冲管制冷机内直流的产生是复杂的非线性流体力学、传热学和热力学问题，因此在理论和实验上都有大量的研究工作需要开展。特别是目前针对除Gedeon流和Rayleigh流以外直流的研究是严重不足的。本文首次提出了脉冲管制冷机第三种直流效应的完整概念，对第三种直流的驱动机制和传输机制进行了理论上的详细分析，通过一系列的实验对第三种直流的产生机理和抑制方法进行了探索，分析了影响直流大小和方向的主要因素，采用计算流体力学软件首次对第三种直流效应进行了数值模拟。主要包括以下内容:　　 1、第三种直流效应的理论分析　　 本文系统地对脉冲管制冷机内的Gedeon流、Rayleigh流和其它直流效应进行了总结和梳理，首次指出了直流的物理意义包括驱动机制和传输机制。运用热力学和流体力学的基本理论，指出第三种直流的驱动机制为流动和热力不对称性，从宏观上看，任何压力的不平衡都能驱动直流的生成;传输机制为涡旋波，影响涡旋波流动的主要无量纲参数为St、Re和温度梯度。St数决定了是否产生涡旋波流态，以及涡的数量和大小等最重要的特征。涡旋波通过涡量的传递把交变流动的动量转变为直流的动量，强化了局部的传热，对脉冲管制冷机的性能是有害的。　　 2、第三种直流效应的实验研究　　 本文搭建了第三种直流的实验系统，通过测量系统内不平衡的平均压差与压差一阶量和相位差的间接方法验证了第三种直流的存在。以系统内的不对称压差和脉冲管及蓄冷器前后的不对称压差为比较标准，研究了几何结构、最低温度、频率、压力等要素对第三种直流效应影响的敏感性。创新地提出了用流量阀连接压缩机背压腔和气库的方法，在部分情况下可以有效抑制直流，在一台同轴型脉冲管制冷机上得到的最大温降达到30K，这也明显地验证了第三种直流的存在及与不平衡压力的相互联系。实验得到第三种直流的时均质量流量大约为1.8×10-6kg/s。在此基础上首次提出把多路旁通和平衡不对称压差方法结合起来的综合调节的方法，最低制冷温度从38.8K降低至25.9K。　　 3、第三种直流效应的数值模拟研究　　 本文首次利用Fluent对第三种直流效应进行了系统的数值模拟研究，运用计算所得的一周期内不同相位的流线图分析了不同频率下脉冲管制冷机内涡旋波的形成和演化过程，发现脉冲管内涡的数量与斯特劳哈数成反比。第三种直流效应对频率的变化十分敏感，方向和大小都会随着频率的变化而改变。制冷温度也会对第三种直流产生重要的影响，随着冷头最低温度的变化，直流的大小和方向变得不稳定。估算得到了由于第三种直流而引起的声功损失和传热损失。与热端相比，脉管冷端的声功损失很小，但直流所引起的传热损失很大。频率为60Hz时，涡旋波导致的传热损失为1.6W，30Hz时达到了14.5W。在热端换热器与惯性管的连接处有较大的涡量产生，同时随着交变主流向其它部件传播。涡量的扩散和耗散是十分显著的，也可以作为脉冲管制冷机内非线性效应强弱的一种衡量标准。　　 4、同轴型脉冲管制冷机的探索性研究　　 利用Fluent对同轴型的脉冲管制冷机进行了数值模拟，分析得到蓄冷器与脉冲管的温度耦合以及冷头结构会对同轴型脉冲管的制冷性能产生较大影响。对冷头结构提出了创新的改进。对冷头采用合适的曲率半径有望减少旋涡等产生的损失，提高制冷性能。曲率半径不合适的情况下会大大恶化制冷性能。