脉管制冷机是一种没有低温下运动部件的低温制冷机，与斯特林制冷机相比，具有低振动，结构简单，可靠性高的优点，已经广泛应用于卫星上红外探测器的冷却。目前的脉管制冷机的调相方式主要是双向进气与惯性管，理论效率较低，应用于超导电缆冷却等方面时，无法满足需求。同时，制冷温度低于35K时的效率也无法满足一些空间项目的要求。因此需要一种理论效率能与斯特林制冷机相等的脉管制冷机。室温推移活塞脉管制冷机是目前理论上来说最好的一种。本项目针对该种脉管制冷机进行研究，主要研究了室温推移活塞的功回收与调相机理，双级脉管制冷机中调相与功分配的耦合机理，压比对效率与功率密度的影响，直线压缩机与冷头和推移活塞的匹配机理。已完成以上研究内容。除了实验验证了单级与双级室温推移活塞脉管制冷机外，还进行了脉管热发动机与脉管热泵的实验验证。实现了单级无负荷温度37.7K和比卡诺效率15.5%。基于这些研究成果，已发表期刊论文11篇，2篇已录用待发表，会议论文21篇，其中6篇SCI ，6篇EI ；申请专利38项，其中已授权9项，29项在公开与实审中；在本项目资助下已毕业硕士6人，目前在读硕士生5人，在读博士生2人也均参与本项目。项目组成员积极参加国内外学术会议与交流，邀请外国专家交流，资助学生国外短期留学访问等。在该项目中，以功回收思想为基础，发现了数种新型的功回收型脉管制冷机，这些重要的原创发明作为热机家族的新成员，解决了一些制冷机的未曾解决的问题。本项目为高效率脉管制冷机今后走向实际应用打下了坚实的理论基础。20K温区的制冷机将会解决一些空间任务的技术瓶颈，也有望应用于液氢领域，为燃料电池等领域氢能源的使用提供一个新的手段；高效率77K的脉管制冷机也有望在超导电缆冷却方面发挥重要作用。该项目取得的原创性的发明将为今后脉管制冷机的进一步发展做出铺垫。

脉管制冷机在低温下没有运动部件，具有低振动、高可靠性等优点，在空间、超导体冷却等方面具有重要应用。得益于双向进气与惯性管技术，脉管制冷机的制冷效率已经有大幅提高，但由于膨胀功无法回收，效率提高遇到瓶颈，不利于进一步的应用推广。本项目采用气动室温推移活塞用于脉管制冷机的膨胀功回收，并采用阶梯推移活塞技术进一步提高双级脉管制冷机效率，其优点是理论效率等于卡诺效率。本项目采用理论与实验相结合的方法对单机和双级气动室温推移活塞脉管制冷机进行研究。主要进行以下三个方面的研究：推移活塞的膨胀功回收与调相机理；阶梯推移活塞的调相与输入功在各级的分配耦合机理；压比对制冷效率和功率密度的影响机理。本项目将为下一代高效率脉管制冷机的发展打下理论基础。

甲醛是一种主要的室内化学污染物，去除甲醛对于保护室内人员的健康非常重要。传统吸附技术去除甲醛的效果并不理想，甲醛是小分子气体，很难被吸附。室温热催化技术不需要额外的能量就可以去除甲醛，并有较长的生命周期，具有很大的应用潜力。通常热催化研究在高温、高浓度下进行，在典型室内条件特别是低浓度条件下，其效果和去除机理模型的研究还很不充分。此外，传统热催化动力学模型很少考虑湿度，但湿度在室内甲醛净化领域是非常重要的参数。 本项目主要研究采用金属氧化物催化氧化技术去除室内甲醛的性能和动力学模型。参照ASHRAE145.1标准搭建了催化剂性能测试实验系统，可以对测试系统进行温湿度及气流量的准确控制， 采用乙酰丙酮分光光度法分析甲醛浓度， 进行催化剂的净化效率测试。研究首先通过材料初选确定典型过渡金属氧化物铜锰催化剂（CuO-MnO2）为研究对象。为研究催化反应机理，净化传质过程中催化剂内、外扩散的影响通过使用小粒径催化剂、增加线速度方式消除。分别在25℃、60℃、120℃、180℃四个温度下进行了甲醛进气浓度200-1000ppb和湿度6-98%RH（25℃时）对反应速率的影响实验。25℃工况用以研究典型室温条件催化效果，60~180℃工况用以表征温度影响和反应活化能、吸附平衡常数等参数。为建立反应速率的预测模型，将实验数据分别拟合First order、L-H、E-R、MVK模型。拟合时首先考虑浓度单参数情形，得到拟合模型。然后推导浓度和湿度双参数模型，并进行数据拟合。最后加入温度的影响，得到考虑浓度、湿度、温度三参数的甲醛催化反应速率的预测模型。 本研究有以下发现：1）铜锰催化剂在典型室内条件下的甲醛转化率约为20-30%；2）甲醛转化率随着温度的升高而增大，增至180℃后转化率保持在95%以上；3）甲醛转化率在低温下受进气浓度和湿度的影响显著，25℃工况下典型室内甲醛浓度和湿度范围内转化率变化2~3倍；4）考虑竞争吸附的L-H模型可以最好地描述反应过程；5）开发了考虑浓度、湿度、温度三参数的甲醛催化反应速率的预测模型，预测结果与实验数据吻合良好。这些结论可用于评估热催化空气净化器在典型室内环境下应用的可行性和为设计基于填充层反应器的热催化空气净化器提供参考。