活塞式斯特林制冷机的优化关系

考虑等温过程的传热阻和活塞式斯特林制冷机的死容积影响，导出一类活塞式制冷机的优化关系。     

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。     

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。     

斯特林制冷机的数值模拟与实验验证

以微分置式制冷机为研究对象,采用节点分析法,数值模拟了制冷机内部的交变流动和换热过程,得出其内部压力,温度,流速等参数的动态变化规律,计算结果与实验结果进行了比较,压力参数,示功图均能较好地吻合。程序采用模块化结构,具有一定的通用性,该程序为微型斯特林制冷机的工程化应用研究提供了合理的设计依据。     

HOT器件用自由活塞斯特林制冷机研究进展

自由活塞斯特林制冷机可用于红外探测器组件的冷却,具有振动小、寿命长等优点。随着红外探测器工作温度的提高(HOT器件),斯特林制冷机进入更小尺寸、更低质量、更高性能、更低功耗和更低成本的发展方向,即超小型斯特林制冷机。文章总结了近10年国内外超小型自由活塞斯特林制冷机的发展概况,并对超小型自由活塞斯特林制冷机的设计理念进行了介绍。     

-80℃斯特林低温冰箱研制

采用4台整体式斯特林制冷机作为冷源,使用真空绝热板和聚氨酯复合发泡的绝热技术制作箱体,研制了一台有效容积为750 L,工作温度低于-80℃的低温冰箱。建立了箱体内空气流动与换热的物理和数学模型,运用FLUENT软件进行模拟仿真,仿真结果与冰箱测温实验结果吻合良好。     

大功率斯特林制冷机的整机数值模拟

应用低温制冷机整机模拟软件(SAGE)对一台"3LY—0.8/194"型斯特林制冷机开展了数值模拟研究,得到质量流率、工质压力以及声功、焓流等参数的变化规律,揭示了制冷过程中内部能量流的耦合作用关系。此外,基于回热器内工质的温度分布分析,发现该制冷机的部分回热器未得到有效利用,从而为即将开展的改进实验研究提供了思路。模拟结果显示该制冷机可以达到37.5 K最低制冷温度,在77.35 K能够提供1 044 W制冷量,输入PV功为9 416 W,相对卡诺循环效率达到30.2%。     

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%。     

一类斯特林制冷机的生态学优化准则

研究存在热阻和回热损失的斯特林制冷机的生态学优化准则,得到一些新的性能参数,可为斯特要制冷机的优化设计和最佳工况的选择提供些新理论指导。     

铁磁斯特林制冷机的生态学优化性能

应用有限时间热力学理论,建立铁磁斯特林制冷循环模型,考虑有限速率热传导、回热损失和回热时间等因素,基于铁磁材料的热力学性质,导出铁磁斯特林制冷循环的优化性能,进而研究热阻及回热损失对铁磁斯特林制冷机生态学优化性能的影响,所得结论可为铁磁斯特林制冷机的研制和设计提供理论指导.     

分置式斯特林制冷机参数的优化

本文建立了分置式斯特林制冷机的优化设计模型，讨论了分置式制冷机的特点、优化设计及其数学模型中的特殊问题，考虑了制冷机中存在的主要冷量损失和直接功耗损失，选用了制冷机的12个主要结构和运行参数作为设计变量。实例计算中得到的优化结果与实验统计数据吻合较好。     

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。     

斯特林制冷机真空环境热模拟试验研究

为了验证空间斯特林制冷与辐射制冷、实现复合制冷系统的可行性,获取斯特林制冷机在真空条件下的散热情况,进行了斯特林制冷机空间真空环境热模拟试验。试验结果表明,真空条件下斯特林制冷机的散热是影响制冷机性能的重要因素。     

牛津型斯特林制冷机动态模拟及实验验证

建立了模拟单级牛津型特林制冷机的动态特性的数学模型，该模型考虑了压差损失，传热损失等许多实际因素的影响，运用数值方法对其控制方法进行了求解，计算结果非常接近实验结果。     

一种新型的对称自由活塞式气体制冷机

在理论研究及实验论证的基础上,本文提出了一种新型的低温回热式气体制冷机。理论计算和实验证明此机器能按要求的工作规律正常工作,工作性能良好,运动机构简单,冲击力小,此机构有两个压缩腔和两个膨胀腔,机构左右对称,工作时类似于Solvay循环。此机的特点是汽缸的左右两部分机构串连一体,工作时互相利用他缸的热腔,组成波动腔,取代了Solvay机的中间波动腔,汽缸两端同时输出冷量,使机器的结构大大简化,且省略了一部分辅助设备,并为汽缸中双活塞过渡到单活塞提供了良好的基础,最终消除穿梭损失。此外,该机上配备了一种新研制的磁力封油结构,基本上解决了机器上油问题,改善了制冷机的工作性能。另外,为了改善换热性能,采用了间隙换热和铜丝网组成的蓄冷器。     

斯特林制冷机在轨工作模式的模拟控制与测量

研制出一套模拟控制与测量装置,模拟斯特林制冷机在轨运行的工作模式,为其在空间应用提高可靠的试验数据。     

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%。     

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。     

在经典极限下量子斯特林制冷机的优化

经济利润率是评价一个实际热力装置的主要指标之一。将有限时间热力学，非平衡量子统计理论和yong经济学相结合，导出了量子斯特林制冷机的最大利润率以及对应的性能界限，其结果与实际斯特林制冷机的优化设计和模型评估提供了一个最佳的预选方案。