空调温区自由活塞斯特林制冷机中回热器的优化设计

根据一台空调温区自由活塞斯特林制冷机(FPSC)的设计要求(300 W@280 K),对其关键部件回热器进行了优化设计。回热器填料选择了流阻损失较小的卷箔式结构和聚酯材料。搭建了Sage整机模型和回热器模型以分析不同回热器长度和孔隙率对回热器换热损失及整机制冷性能的影响,280 K制冷温度下回热器长度和孔隙率的优化结果分别为32 mm和76%。最后分析了FPSC内部换热损失的分布情况,验证了卷箔式结构在空调温区应用中的优势。     

20 K低温制冷机回热器结构设计

20 K温区高效制冷是目前空间探测任务制冷的关键需求之一,斯特林/脉管复合制冷机是实现20 K温区高效制冷的重要技术手段。回热器作为复合制冷机的核心部件,其性能对制冷机的整机性能有决定性的影响。合理的设计方法和流程可以保证回热器的性能。20 K温区时回热器工质氦气和填料的物性与较高温区,如80 K温区,相比有很大区别,因此,不能简单套用较高温区回热器的设计方法,须对工作在20 K温区的回热器进行专门的结构设计。本文应用回热器模拟软件Regen3.2,设计了一个冷端温度为20 K的回热器,并对平均压力、相位角、冷端压比、填料种类等参数进行了优化,经过优化设计的回热器的COP超过0.035,20 K下制冷量为0.5 W。本研究为后续20 K温区高效斯特林/脉管复合制冷机的开发打下了基础,也为之后同类型回热器的设计提供了参考。     

斯特林制冷机回热器热损研究

讨论了回热器的各种损失对斯特林制冷机的影响,对斯特林制冷机回热器的结构和丝网填料进行了分析,并模拟分析各种损失的影响.研究表明,回热器的结构、丝网填料对制冷机的性能有重大影响.     

小型斯特林制冷机回热器热损分析

对斯特林制冷机回热器的各项热损失进行分析研究,表明回热器的尺寸以及填料的选取对于小型斯特林制冷机的性能影响较大.对于给定尺寸各个参数以及循环参数的回热器,要想获得最大净制冷量,存在一个最佳当量直径.当当量直径的取值小于最佳值时,回热器的性能主要由压降损失决定;当取值大于该值时,系统性能主要由回热损失决定.     

2 W@80 K星载斯特林制冷机丝网的优化选型设计

介绍了丝网的种类,考虑丝网质量对回热器性能的影响,给出了优质丝网的判据.详细分析了丝网目数对空隙率、比传热面积和当量直径的影响,以回热器回热损失与压降损失之和最小,尽可能减小回热器空容积为原则进行计算分析,得出2 W@80 K制冷机回热器的最佳填料为丝径0.036 mm、276目×276目的平纹方孔网.试验结果表明选用该规格丝网的制冷机在制冷温度80 K、压缩机输入功率46.2 W时,获得的制冷量为2 W.     

斯特林制冷机分层回热器优化设计与实验

为了提高斯特林制冷机在低温下的性能,把分层填充回热器结构应用于低温斯特林制冷机中。利用REGEN3.3对自行研制的斯特林制冷机用分层回热器进行了优化设计,并对此进行了实验研究。研究结果表明,回热器采用恰当的分层方式能大幅度提高制冷机的性能。该斯特林制冷机与优化前相比,其膨胀机效率提高了52.8%,整机效率提高了79.8%。     

自由活塞斯特林制冷机的研究与应用进展

对自由活塞斯特林制冷机(FPSC)的发展历史以及当前的研究进展进行总结,比较了自由活塞斯特林制冷机与分置式斯特林制冷机的性能,结果显示自由活塞斯特林制冷机的相对卡诺效率明显高于分置式斯特林制冷机。自由活塞斯特林制冷机具有高效、紧凑、制冷温区广等优势,分别从航天、超导、低温冰箱、家用制冷等方面详细总结了自由活塞斯特林制冷机应用情况。最后,根据自由活塞斯特林制冷机的发展现状,提出了一些有用的建议,对自由活塞斯特林制冷机的发展及应用具有一定指导意义。     

驻波热声制冷机分层回热器的特性研究

针对驻波制冷机回热器的7种分层方式进行研究,并通过DeltaEC计算驻波制冷机的声场分布、热流分布和相位差分布、最低制冷温度,以及制冷量与COP的特性规律。计算结果表明:随着制冷温度的降低,通过回热器的分层相应增大回热器的孔隙率,有利于改善流动损失,有效降低制冷温度,提高制冷效率。回热器的分层可以为热声制冷机性能的优化提供一种有效的手段。     

斯特林制冷机的最佳Yong输出率

研究导 回热损失对斯特林制冷机Ｙｏｎｇ优化性能的影响，导出制同的最佳Ｙｏｎｇ输出率与制冷系数以及与制冷率间的关系。由此揭示了斯特林制冷机Ｙｏｎｇ优化性能的主要特征，并与制冷优化性能作了比较，获得一些对实际制冷机有指导意义的新结论。     

脉管制冷机回热器填加紫铜丝网的影响

在回热器中加入紫铜丝网增加径向导热有利于抑制大功率脉冲管制冷机回热器中的温度不均现象,但紫铜丝网也可能对制冷机性能产生其它的影响。通过数值模拟考察了在没有温度分布不均时,不同的紫铜丝网目数、分布方式、丝网厚度等对制冷机性能的影响。结果表明,在假设回热器温度均匀的情况下,不论如何填充定量的紫铜丝网,总会引起制冷机的效率降低;如果总的紫铜丝网数量一定并且均匀地分布在回热器中,整机制冷性能不会因填充层数的不同而有明显变化;采用与回热器不锈钢丝网目数接近的紫铜丝网要比目数相差较大的丝网可以获得更好的效果。     

双级斯特林制冷机的模拟及优化设计

为了获得1.5 W@40 K的制冷性能,设计了一台双级斯特林制冷机。建立了双级斯特林制冷机的Sage一维整机模型,并进行数值模拟。在限制频率和排出器长度条件下,对双级斯特林制冷机的热力学和动力学参数进行了优化设计,优化后的双级斯特林制冷机在达到所要求的1.5 W@40 K的制冷性能时,其膨胀机效率为2.72%。     

斯特林制冷机混合填料回热器性能优化及试验研究

针对旋转整体式斯特林制冷机的回热器性能优化,讨论了回热器丝网填料选型的原则,分析了不同温区采用不同丝网参数的回热器模型,并利用REGEN软件对混合丝网模型进行了优化分析。通过实验数据对模拟优化的结果进行了分析和讨论,验证了混合丝网模型优化结果的正确性,为旋转整体式斯特林制冷机回热器性能优化提供依据。     

排出器等效机械阻尼对自由活塞斯特林制冷机性能影响的数值模拟

针对一台设计目标为300 W@80 K自由活塞斯特林制冷机,数值计算研究了排出器等效机械阻尼R_m对制冷机性能的影响及其作用机理。研究发现,R_m对制冷机的影响主要有两方面,一是直接影响排出器处的摩擦损失,导致制冷机性能变化;其次是改变了系统的声场分布,导致其他核心部件如回热器和换热器的损失变化。此外,制冷机入口声阻抗特性随之发生变化并进一步影响制冷机与压缩机的耦合性能。计算结果表明,维持制冷机输入声功1 363 W不变,当R_m由25 Ns/m增大至100 Ns/m时,制冷机制冷量由194.7 W降低至160.9 W,相对卡诺效率由38.9%降低至32.2%。     

新型谐振管耦合型双效斯特林制冷机的数值模拟

结合经典双效斯特林制冷机结构与热声理论,提出一种谐振管耦合型双效斯特林制冷机,采用声学谐振管耦合斯特林发动机与斯特林制冷机,从而实现热驱动制冷,具有结构简单、潜在效率高、可靠性高、绿色环保的优点,在小型天然气液化、冷电联供以及空间探测领域有较大的应用潜力。针对实验室现有发动机和制冷机的参数,采用模拟软件Sage搭建了计算模型,计算验证了该结构的可行性。计算结果表明,在充气压力为3 MPa,工作频率为50 Hz,发动机压比为1.3条件下,该系统在80 K的制冷温度可获得210 W制冷量,整机效率为11.3%。同时进一步探究了系统内声场分布和主要部件损失,研究表明回热器内部声场偏离行波声场,谐振管中粘性损失较大和制冷机输入声功偏小是当前整机效率较低的主要原因。如果进行合理的优化设计,此类系统可以实现25%以上的整机效率。     

-80℃斯特林制冷机设计及实验研究

为满足低温存储领域对小型化、大冷量、高效率斯特林制冷机的应用需求,研究基于斯特林制冷机的特点,结合实际现状,设计了一台可用于低温存储领域的-80℃自由活塞式斯特林制冷机。根据其运行原理,通过数值模拟及实验验证重点分析了设备运行频率和工作压力对整机性能的影响,在此基础上讨论并提出了制冷机的优化思路。实验结果表明回热器采用丝网填充,工作压力为2.9 MPa,运行频率为63 Hz时,该制冷机在175.1 W输入功率下,可在-85℃提供29 W冷量输出,COP为0.166;当使用PET材料时,无热负载状态下最快可在42分钟左右冷端温度达到-86℃,其性能表现满足现有小型低温冰箱的冷量需求。通过数值模拟和实验结果的对比,讨论了出现性能差异的原因。     

斯特林制冷机的最佳火用输出率

研究导热和回热损失对斯特林制冷机火用优化性能的影响，导出制冷机的最佳火用输出率与制冷系数以及与制冷率间的关系。由此揭示了斯特林制冷机火用优化性能的主要特征，并与制冷率优化性能作了比较，获得一些对实际制冷机有指导意义的新结论。     

混合填充式回热器单级脉管制冷机性能研究

回热器为回热式低温制冷机的关键部件,其性能对系统的影响甚大。为探索回热器内金属丝网混合填充对回热器性能的影响,文章基于回热器模拟软件REGEN3.3仿真结果的基础上,制作了单级脉管制冷装置,采用#300SS,#400SS和#500SS的金属丝网混填了四组回热器,并在不同输入功率下进行了系统制冷性能实验。实验结果表明,较之低目数丝网填充的回热器制冷机,采用高目数丝网填充的回热器制冷机性能较优;在回热器热端填充低目数,冷端填充高目数的丝网,可提高回热器冷端压比,提高整机制冷性能。     

基于硅基回热器的微型脉管制冷机的数值模拟

随着电子器件热流密度的不断增加,开发和使用结构紧凑且高效的微型制冷器件已非常迫切.使用Fluent 19.0软件对基于硅基回热器的微型脉管制冷机在不同回热器空隙率、冷热端温度和相位条件下的制冷性能进行了数值计算.结果表明:硅基回热器的空隙率对制冷性能有重要影响;在固定几何参数下,存在一个最佳空隙率使得制冷机的COP最大...     

工质和回热器参数对斯特林制冷机性能影响的研究

针对斯特林制冷机在环保、节能、结构紧凑等方面的优点,建立了一种应用于制冷温区(即:家用和商用冰箱领域,温度在173K～283K的范围)的整体式斯特林制冷机.并对其进行了不同工质(分别采用的氮气和氦气)和四种不同的回热器结构参数(文中表2)对整机性能影响的研究.研究结果表明:整体式斯特林循环制冷机应用于制冷温区时,各种结构间存在着最优匹配.四种回热器结构中结构3的系统整机性能最优.在最优匹配的结构中,不同工质氮气和氦气的最佳充气压力和制冷性能有所不同,在结构3中以氮气和氦气为工质的最佳充气压力分别为IMPa和1.3MPa,而制冷量和COP与转速的最优关系区域分别是:氮气为500～700r/min,氦气为800～1000r/min.     

5W@80K自由活塞斯特林制冷机工况及重力特性实验研究

利用现有的脉冲管制冷机性能测试实验台,针对某型号自由活塞斯特林制冷机,设计了热端水冷器并进行了性能测试.实验研究了工作频率、充气压力、输入功率等参数对制冷机性能的影响规律,结果表明斯特林制冷机的最佳运行工况为充气压力2.0 MPa,频率42 Hz.改变冷头在竖直方向和水平面不同的朝向,实验结果表明冷头竖直向下时最低制冷...