自由活塞型斯特林制冷机的计算机仿真调相

通过对双自由度斯特林制冷机振动系统模型的分析，运用机械震动系统相角理论，建立了计算机仿真调相角模型。     

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。     

空间自由活塞斯特林发动机研究进展

自由活塞斯特林发动机可利用放射性同位素、核能、太阳能等热源将热能转化为机械能.由于其具有高效率、高可靠、长寿命等特点,成为满足当前长周期深空探测任务的理想机型之一.详细介绍了应用于放射性同位素发电装置和核裂变电源系统的自由活塞斯特林发动机的发展历程,其发展过程主要体现在结构形式多样化、输出功率及应用范围扩大化、单机走向...     

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。     

自由活塞式斯特林制冷机压缩活塞间隙密封泄漏的数值模拟

采用数值模拟的方法,基于压力波和活塞位移波的简谐变化规律,对自由活塞式斯特林制冷机压缩活塞与气缸的间隙密封内氦气建立数值模型,模拟了间隙内氦气在不同工况下的层流流动。结果显示在一个周期内,流过间隙密封的气体体积净流量为0,质量净流量不为0,净流量方向从压缩腔流向背压腔,会造成活塞在工作中向压缩腔偏移。分析结果显示压力波和间隙宽度对泄漏量的影响较大,随充气压力、压比以及间隙的增大,泄漏量增加;活塞运动对其影响较小,当活塞位移波与压力波的相位差小于90°时,相位差增大,泄漏量增加,活塞频率增大,泄漏量增加。     

10W@77K自由活塞斯特林制冷机的设计和实验研究

为满足高温超导、红外探测和气体液化等领域对高效率、高可靠性、长寿命低温制冷机的需求,对10W@77K自由活塞斯特林制冷机进行了研究.制冷机设计为整体式结构,由动磁式直线电机驱动.基于Sage建立制冷机整机模型开展了数值求解,并根据数值计算结果对运行频率、工作压力以及回热器填料等对制冷机性能的影响规律进行了分析.计算结果...     

斯特林制冷机污染失效研究进展

斯特林制冷机内部放气造成的失效严重影响制冷机寿命。制冷机内部放气气体会在回热器冷端及膨胀腔低温表面凝结,降低回热器的回热效率和冷头换热面传热能力,并加大制冷工质流动阻力。主要介绍了斯特林制冷机加速寿命试验和污染放气模拟数值计算方法等,提出了制冷机污染失效研究发展方向。对今后主要研究方向进行了展望。     

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...     

低温冰箱自由活塞式斯特林制冷机模拟与优化

自由活塞斯特林制冷机具有高效紧凑,适合中低温制冷等优点。对用于低温冰箱自由活塞式斯特林制冷机进行了一维建模,并实现整机性能的模拟与优化。在考虑各种空体积的情况下,模拟分析了压缩活塞PV功和相位角的变化对整机性能的影响,获得了制冷机运行的最佳相位。对比了环形回热器的填料及填充方式对自由活塞式斯特林制冷机的性能影响,及对应材料下回热器的轴向导热损失情况。模拟了制冷机性能随回热器空隙率和制冷温度的变化情况,计算分析了回热器内部的不可逆损失随空隙率的变化情况,并且获得了不同温度下的最佳空隙率。最后,为了获得好的制冷性能,优化不同制冷温度的回热器设计参数及膨胀活塞与气缸壁的密封间隙宽度。     

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%。     

斯特林制冷机推移活塞径向间隙对制冷量的影响

本文分析了斯特林制冷机推移活塞径向间隙对施密特等温模型的理论制冷量、穿梭损失和泵气损失的影响,对分析结果进行了验算。结果表明:推移活塞径向间隙如果选取不当,将会造成很大的冷量损失。     

自由活塞斯特林发电机的负载特性研究

采用Maxwell和Circuit Editor联合仿真,分析了自由活塞斯特林发电机外接阻性负载和容性负载时的性能,分别得到阻性负载和容性负载时的磁感应强度分布与两端电压电流变化规律。通过采用场路耦合法求解自由活塞斯特林发电机的输出功率,发现在外电路串联电容可使发电机达到电路谐振,从而提高自由活塞斯特林发电机的性能。     

空间用斯特林制冷机的寿命评价

介绍了空间用斯特林制冷机的主要失效模式和失效机理,国内外寿命评价研究的状况和进展,分析了几种加速寿命评价方法.针对中国空间用制冷机寿命评价研究的现状,提出了加速寿命评价的一些见解和思路.     

空间用斯特林制冷机结构的发展

斯特林制冷具有工作范围宽、启动快、效率高、操作简便等诸多特点,是我国目前急需突破的空间制冷技术。随着影响制冷机性能的各种因素逐步得到解决,制冷机寿命及可靠性大大提高,现在正向空间工程应用转化。主要介绍了空间斯特林制冷机结构的发展情况,将对制冷机的设计优化,进一步提高制冷机工作寿命和可靠性提供有益参考。     

斯特林与脉管制冷机控制系统的研究进展

阐述了控制器的结构模块,从控制方式和控制器核心单元的演进回顾并总结了国内外斯特林和脉管制冷机控制器关键技术的研究现状和发展趋势,针对中国的研究现状指出了尚存的若干技术问题,并提出了未来控制器的发展要求。     

自由活塞斯特林发动机配气活塞阻尼系数的试验研究

为了研究自由活塞斯特林发动机配气活塞的摩擦学性能,在自由活塞斯特林发动机动力学模型的基础上,分析了动力学方程中阻尼项的组成。利用自由振动法,得到各阻尼项的阻尼率,进而得到配气活塞的阻尼系数。试验结果表明,实验系统中的阻尼率均随活塞运动速度的增大而降低。配气活塞头与气缸壁之间和配气活塞杆与动力活塞内壁之间的摩擦阻尼率在0.01—0.02范围内;不同的充气压力下,配气活塞的阻尼率在0.04—0.07范围内;在不同的热源温度下,配气活塞的阻尼率在0.075—0.085范围内。     

自由活塞斯特林发动机的响应面法设计

以自由活塞斯特林发动机为研究对象,采用响应面优化法(RSM)研究各因素及其交互作用对响应值的影响规律。以输出功率和热效率作为响应值,选取活塞杆直径、加热器、回热器以及冷却器长度作为因变量,建立了二次回归模型。通过对回归方程的ANOVA分析和模型诊断,检验因变参数对斯特林发动机性能是否具有显著影响。此外,利用RSM的二维等高线图和三维表面图,揭示了斯特林发动机输出功率、热效率与各因素之间的相互作用关系。结果显示:发动机输出功率随加热器、回热器以及冷却器长度的增加而降低,而热效率随加热器和回热器长度的增加而增加,随冷却器的变化有最佳值。因此,需综合考虑各因素的影响关系再选取合适的结构参数。     

自由活塞斯特林发动机间隙密封泄漏特性分析

间隙密封技术是自由活塞斯特林发动机的一项关键技术,间隙密封避免了摩擦损耗,不需要润滑,对自由活塞斯特林发动机整机性能的提高起到了重要的作用。本文建立了自由活塞斯特林发动机间隙密封双边运动的一维层流模型,结合施密特等温分析法,对一台输出功率为100 W的自由活塞斯特林发动机计算了工作腔与缓冲腔之间的泄漏率曲线和单个循环工作腔向缓冲腔泄漏的泄漏量,并比较了不同间隙宽度情况下泄漏损失所占的比重,得到了最大允许的密封间隙宽度。同时,建立带有进出口的二维模型,运用Fluent进行了数值模拟,并与一维层流模型计算结果进行对比,得出二者泄漏率基本一致的结果,但由于间隙流动处进出口体积骤变的存在,二维模型数值模拟结果泄漏率略低于一维层流模型,更接近实际情况。     

微型斯特林制冷机用柔性板弹簧性能分析

基于有限元方法,分别对压缩机和膨胀机用柔性板弹簧进行理论分析,明确了最优网格单元数量和加载边界条件对设计准确度的影响。实验测试的板弹簧刚度与理论分析结果平均误差小于0.5%,而自振频率与理论分析结果平均误差小于2%。同时,分析了制冷机常用的3种不同型线类型的板弹簧,偏心型圆渐开线板弹簧不仅具有较大的径轴向刚度比且可靠性更高,圆渐开线型更利于线性压缩机在较高的频率下工作。综合考虑下,选用偏心型板弹簧作为微型制冷机用板弹簧。