脉管制冷机是一种极具发展潜力的小型低温制冷机，其在低温区没有任何的运动部件，具有结构简单、运行可靠、使用寿命长等优点，在空间技术、低温电子学、低温超导等领域有着很好的应用前景。常见的脉管制冷机的结构形式主要包括直线型、同轴型、U型三种，直线型脉管制冷机中回热器和脉管在同一条直线上，效率高但结构不紧凑，不便于冷量利用，常见于实验室中。同轴型脉管制冷机的脉管与回热器同轴布置，脉管置于回热器中部，结构紧凑且实用，在实际生活中最常见，但是在转弯处存在较大的流动损失，以及在回热器和脉管之间存在热交换损失。U型脉管制冷机的回热器和脉管平行布置，二者通过连接管连接，在多级脉管中最为常见或用于一些有特殊要求的场合。目前直线型脉管制冷机和同轴型脉管制冷机研究的较多，U型脉管制冷机研究的较少，尤其是冷头连接管的研究更是少见，鉴于此，本文开展了以下研究工作:　　1.U型脉管制冷机冷头连接管的理论计算　　对一台液氮温区30W级的直线型脉管制冷机进行了理论设计，并对各部件的结构尺寸进行了优化。在散热温度293K，充气压力2.9MPa，运行频率58.5Hz的条件下，当制冷机入口压比为1.2时，制冷机在77K的制冷量达到22.8W，相对卡诺效率为33.8％。在此结构基础之上，研究了脉管制冷机中冷头连接管的引入对制冷机性能的影响，主要包括连接管位置、尺寸、导流结构、锥形管等因素的影响，对实验台的设计搭建具有重要的指导意义。　　2.U型脉管制冷机冷头连接管的实验研究　　为了进行对比，首先对具有相同尺寸的直线型脉管制冷机进行了实验，通过测定，当散热温度293K，输入声功220W时，其在制冷温度77K时获得了19.87W的制冷量。然后在冷头引入直线连接管和U型连接管进行实验，研究了连接管的尺寸、材质、形式等对制冷性能的影响，以及连接管所引起的损失情况。结果表明，连接管管径对制冷性能的影响较为明显，存在一个最佳管径使得制冷机获得最高的制冷性能，而且此最佳管径随自身长度的增大而减小。在各连接管形式中，直角弯管损失较大，半圆弯管和直线管损失较小，而且两者差别很小。具有冷头弯管的U型脉管制冷机的最佳性能比相应的直线型脉管制冷机情况下降了9.9％。　　3.U型脉管制冷机的CFD模拟　　对具有冷头直线连接管和半圆弯管的U型脉管制冷机整机进行了CFD模拟，通过对脉管内部流场和温度场的分析，研究了脉管中无导流结构时的损失机理以及导流结构的作用机理。并对一些其他问题，诸如挡片在导流中的作用、连接管两端的温差变化、弯管中声场的分布等进行了研究。结果表明，无导流时，脉管中的损失在主要来源于涡流所引起的冷热流体的剧烈掺混，导流结构以及导流挡片的作用都是抑制涡流的产生，使脉管中流动层流化，建立稳定的温度梯度。