利用制冷机制冷的方式结构紧凑、操作简便、运行费用低,已逐渐取代传统的低温液体制冷方式,在低温领域取得了越来越广泛的应用。但是制冷机在低温下的提供的冷量相对较小,利用制冷机冷却的低温系统受外部漏热和元件发热等影响,容易产生温度波动,影响稳定工作;而且制冷机运行时产生的机械振动和电磁噪音也会干扰精密仪器的测量,为此测量时需要短暂关闭制冷机。为了在低温系统受热扰动影响或短暂关闭制冷机的情况下仍保持稳定工作,可在低温系统中加入大热容量的蓄冷单元,通过吸收热量来保持系统的温度稳定性。与其它物质相比,氮的来源广泛,价格低廉且使用安全,在低温下形成比热容较大的固氮且在35.6K和63.15K温度有较大的相变潜热。因此将固氮作为蓄冷物质来保持低温系统温度稳定性具有重要的研究意义和实用价值。本文设计了2套固氮蓄冷单元并以二级G-M制冷机为冷源搭建了实验系统。实验中采用降温充注法获得固氮后在低温下关闭制冷机,研究漏热影响下固氮释放冷量的过程。实验结果表明:1)与不充氮的蓄冷单元相比,9.3g,18.6g和27.9g的固氮蓄冷单元从4K到64K的温度回升时间延长比例分别为3.3%,6.5%和10.1%,从4K到93K的温度回升时间延长比例分别为1.3%,3.7%和5.3%。2)加入泡沫铜后整体有效热导率显著提升,固氮冷量释放过程加快,在储存冷量较大的相变点处有较为明显的温度延缓上升现象。9.3g,18.6g和27.9g的固氮蓄冷单元从4K到64K的温度回升时间延长比例分别增大为3.7%,7.6%和12.6%;从4K到93K的温度回升时间延长比例也增大到2.6%,4.2%和6.1%。在实验的基础上建立了相应的数值模型,对加入泡沫铜前后固氮的导热和相变过程进行了比较。在纯固氮传热的数值模拟中采用VOF模型,焓-孔隙率方法并考虑重力的影响。对于加入泡沫铜后固氮的传热过程,进一步考虑泡沫铜内流动阻力影响并采用双温度能量方程求解氮和泡沫铜各自的温度场。计算结果表明加入泡沫铜后固氮内部的温度场更加均匀且内外温差减小,氮的固固相变和固液相变过程加快。导热过程中纯氮内部的最大温差为0.7K,固固相变和固液相变时间分别为476s和700s。加入泡沫铜后固氮内部的最大温差减小到0.2K,固固相变和固液相变时间分别缩短为280s和640s。由实验和数值结果可知在固氮蓄冷单元内部加入泡沫铜后能显著提高整体有效热导率并加快固氮的冷量释放,缩短相变时间。本文研究的固氮蓄冷单元可通过吸收热量在一定时间内保持低温系统的温度稳定性,当热扰动条件改变时可通过调节充氮量来获得较好的蓄冷效果。