新型热声制冷-双作用行波热声制冷机热力特性的数值模拟研究

对一种新型热声制冷系统—双作用行波热声制冷机进行了研究,设计了一台在气液双作用行波热声发动机上使用的行波制冷机,并通过数值模拟优化了制冷机的结构尺寸.在环境温度300K,制冷温度250K的条件下,新型的双作用制冷机的COP达到了2.74,相对卡诺效率接近60%,声功消耗为534W,制冷量为1464.9W.通过对传统的斯特林制冷机及不同结构的行波制冷机计算比较.结果表明:从压比、效率、制冷量等多角度考察,新型的双作用行波制冷机更适合与气液双作用行波热声发动机耦合工作.它具有潜在的高效率、热驱动及无运动部件的优点,非常有潜力成为常规制冷方式的一种替代技术.     

热声驱动的气-液双作用行波热声制冷机

提出了一种热声驱动的气-液双作用行波热声制冷机,对其性能进行了数值模拟分析.计算结果表明,在平均工作压力3.0 MPa,发动机定壁温加热温度440℃工况下,系统谐振频率为12.76 Hz,在-20℃制冷温度以及环境温度为27℃的情况下获得0.708 kW制冷量,整机的制冷系数(制冷量除以加热量)为0.512.在350℃、440℃以及550℃定壁温加热下,系统能够达到的最低制冷温度分别为-62.3℃、-68.3℃以及-70.8℃.系统整机相对卡诺效率在制冷温度变化范围内存在最大值.较低的发动机加热温度更有利于系统的热声转换,当发动机加热温度为350℃时,系统在-45℃制冷温度下达到25.30％最大相对卡诺效率.     

双作用高温行波热声热泵的热力特性研究

提出了一种双作用热声热泵的流程,利用热声软件DeltaEc模拟计算了在进出口体积流率相位差为120°时各个结构尺寸的改变对系统性能的影响,并对影响其改变的原因做了分析讨论。设计优化了一种高性能高温行波热声热泵,在热端温度为100℃、环境温度为30℃时,其热端泵热量可达1037.7W,热泵系数COP为3.2,相对卡诺效率为59.7%。在此基础上进一步研究了在进出口体积流率相位差在不同值时热泵系统的性能,发现在相位差为129°时,相对卡诺效率可达最高,为60.1%     

气-液耦合双作用行波热声制冷系统数值模拟研究

为解决传统热声制冷系统因采用气体谐振管导致整机效率较低的问题,本文提出一种新型气-液耦合双作用行波热声制冷系统,通过数值模拟优化了系统结构尺寸,并对其性能进行了数值模拟分析.首先,对三级气-液耦合双作用行波热声制冷系统的声功、压力及体积流幅值等重要参数的沿程分布进行了研究;然后,研究不同级数下系统的声功、热声转换效率等...     

中低温声学双作用行波热声发动机热功转换性能的数值模拟研究及优化

研究了一种中低温声学双作用行波热声发动机,拟以高温导热油作为高温加热器的传热流体,高温端温度选取为390℃。基于热声学理论,对其性能进行了数值模拟,对系统结构进行了优化设计。优化结果表明,在平均工作压力为10 MPa,工作频率为50 Hz,室温为30℃的工作条件下,每个单元的输出声功达到3 162 W,整体热功转换效率达到30.3%。为了更好地了解热声发动机内的热功转换过程,分析了发动机内部声场一些主要参数的沿程分布情况。     

气-液双作用行波热声发动机的数值模拟

提出了一种兼具传统热声发动机使用寿命长和斯特林发动机功率密度高等优点的气-液双作用行波热声发动机,将3台或4台热声发动机通过注有液体的U型谐振管连成气-液耦合振荡的环路,每台发动机都能工作在比较理想的行波声场。对无负载情况和外接不同负载情况下3机或4机串联成环路的气-液双作用行波热声发动机进行了模拟计算,同时模拟分析了发动机个别参数不一致时对系统性能产生的影响。     

电驱动低温空气源双作用行波热声热泵

在环境温度低于0℃时,常规空气源热泵会出现压比过高、效率和制冷量急剧下降等问题。为了解决这些问题,提出了电驱动双作用行波热声热泵技术。通过数值计算优化了该新型热泵的结构尺寸,设计出一台电驱动低温环境下运行的双作用行波热声热泵。在环境温度253 K(-20℃),泵热温度323 K(50℃)的条件下,新型热泵的制热系数达到了2.93,相对卡诺效率接近64%,泵热量为4 722.6W,压比仅为1.19。热泵多种运行工况的计算结果表明该热泵能够在效率变化较小的情况下调节泵热量的大小;环境温度和泵热温度的改变对系统的运行状态影响不大;该系统制冷时亦有不俗的表现。双作用行波热声热泵在低环境温度情况下的这些优点使其非常有潜力成为高端热泵技术。     

热声制冷机及其改进实验研究

热声制冷作为一种很有前途的制冷方法，在国内外相关领域引起了极大兴趣。热声制冷机由声发生器、共振管、板叠及高、低温换热器等部分组成。对声驱动器的振动膜及其冷却系统、气体弹簧系统、高、低温换热器进行了初步改进，使制冷机冷端温降从原来的12℃提高到27℃左右，这是目前国内报道的最大温降。     

热声驱动脉管制冷机的实验研究

采用热声压缩机驱动脉管制冷机,使彻底消除低温制冷机中的运动部件成为可能。作者研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了加热温度,平均工作压力,小孔开度等主要因素对制冷机性能的影响。初步实验中,以氮作工质,获得了－３８．７℃的无负荷制冷温度,最大温降达５４．７℃。此外,还指出了进一步的改进方向,具有一定参考价值。     

同轴行波热声制冷机性能实验

基于线性热声理论模型,设计了1台结构紧凑的同轴行波热声制冷机.采用行波热声发动机驱动,工作频率在57 Hz左右,以平均压力3.0 MPa的氦气为工作介质,固定制冷机入口压比为1.075的前提下,研究该制冷机的性能.通过改变惯性管内径,研究惯性管调相对制冷机性能的影响,制冷量随着惯性管内径的增大先增大后减小;研究Gedeon声流对制冷机性能的影响,该声流的存在极大地恶化了制冷机性能,使得制冷机在冷头0 ℃时,冷量下降11.4%,冷头-20℃时,下降47.66%,冷头温度越低影响越大.     

谐振子耦合型热声驱动脉管制冷机研究

热声驱动脉管制冷机通常采用直接或者长管耦合的方式,但是因为耦合后的发动机和制冷机难以达到最佳的工作状态,耦合长管的损失也比较大,因此整体效率较低。本文提出一种热声驱动脉管制冷机结构,利用谐振子耦合热声发动机和脉管制冷机,能够显著减小声功传递损失,提升整机效率。全文针对在900 K加热温度、80 K空气液化温区下的热声驱动脉管制冷机展开理论研究,首先分析了谐振子耦合机理,并对谐振子参数进行了优化设计;其次,研究了加热温度、制冷温度和机械阻尼对系统性能影响;最后,将谐振子耦合型与长管耦合型两种方式的热声驱动制冷机进行了对比分析。结果表明:在平均压力为3MPa,加热温度为900 K,制冷温度为80 K时,谐振子耦合的热声驱动制冷机可获得整机22.5%的效率,而长管耦合的热声驱动脉管制冷机获得11.6%的效率。     

行波型热声发动机与脉冲管配合的实验研究

采用热声发动机驱动脉冲管制冷机，使彻底消除低温制冷机中的运动部件成为可能。作者研制了行波型热声发动机驱动脉中管制冷机实验台。进行三个脉冲管与行波型热声发动机的配合实验，着重研究了热端气体温度、冷端温降和压力振幅的变化规律。     

风冷冰箱除霜控制技术研究与应用

研发了一种可间接辨识冰箱制冷能力变化的时间-温差法自动除霜控制技术,在剔除非稳态扰动的条件下,以压缩机累计运行时间为基本约束要素,根据蒸发温度与冷冻室温度的差值变化预估冰箱制冷能力的衰减程度.进行了典型环温、热湿负荷的实验研究,测量了风门启闭、开关门等扰动条件下冰箱内部温度参数的变化,以此为基础建立了时间-温差法自动除霜控制规则.该除霜控制技术在BCD-350W冰箱的应用结果表明:冰箱能够在较宽的环境温度和不同的热湿负荷条件下正常工作,抗干扰能力和环境适应性强,化霜能耗占总能耗的比重下降了40％左右,节能效果明显.     

脉管型斯特林制冷机的能量方程推导及性能分析

通过对脉管型斯特林制冷机的分析和讨论，提出了此类制冷机的物理模型，对能量方程进行了推导，并编制了程序。计算结果显示，脉管斯特林制冷机在较高的制冷温区比单纯的斯特林制冷机有更大的制冷系数和更高的制冷量。     

Thermodynamic performance of the 3-stage ADR for the Astro-H Soft-X-ray Spectrometer instrument

The Soft X-ray Spectrometer (SXS) instrument (Mitsuda et al., 2010) [1] on Astro-H (Takahashi et al., 2010) [2] will use a 3-stage ADR (Shirron et al., 2012) to cool the microcalorimeter array to 50 mK. In the primary operating mode, two stages of the ADR cool the detectors using superfluid helium at ⩽1.20 K as the heat sink (Fujimoto et al., 2010). In the secondary mode, which is activated when the liquid helium is depleted, the ADR uses a 4.5 K Joule–Thomson cooler as its heat sink. In this mode, all three stages operate together to continuously cool the (empty) helium tank and single-shot cool the detectors. The flight instrument – dewar, ADR, detectors and electronics – were integrated in 2014 and have since undergone extensive performance testing. This paper presents a thermodynamic analysis of the ADR’s operation, including cooling capacity, heat rejection to the heat sinks, and various measures of efficiency.     

以自然度和完善度为基准的制冷和热泵系统环境性能评价探讨

从可持续发展观以及制冷系统的自然属性与大自然的角度出发,结合制冷剂的自然度和热力学完善度,提出了一种新的制冷和热泵系统环境性能的评价方法——制冷系统自然度。并对制冷系统自然度的评价指标进行了量化计算和分析,结果表明:各系统的自然度有很大的提升空间,采用制冷系统自然度的方法进行评价,能够为系统的改进提供指导方向。     

微型压缩机驱动的微型混合工质J-T制冷器实验研究

为研究微型混合工质节流制冷器的降温性能,搭建了微型压缩机驱动微型混合工质节流制冷器的制冷系统,并得到了初步实验研究结果。采用Aspen微型压缩机驱动微型J-T节流制冷器,应用混合制冷剂实现深度制冷。微型J-T节流制冷器采用微小通径的不锈钢毛细管制作,其通道特征尺寸为0.3mm。初步实验表明,微型J-T节流制冷器达到了180K温区。由于采用微型压缩机驱动,系统结构紧凑,可在便携生物储存设备、低温医疗以及电子器件冷却等领域应用。     

80K脉管制冷机惯性管调相机理及优化研究

液氮温区脉冲管制冷机在高温超导等领域的应用越来越广泛。基于热声理论,本文采用Delta EC软件对纯惯性管及惯性管加气库的调相能力进行模拟研究,建立了80 K温区制冷机整机数值模型,分析了不同惯性管及气库组合方式对制冷机性能的影响。结果表明:纯惯性管结构和单段惯性管加气库两种方式可以达到较为接近的调相能力,采用双段惯性管接气库方式可以提高制冷机性能,最低温度可以达到48.8 K。最后搭建制冷机整机性能测试实验台对模拟结果进行了验证。     

电冰箱压缩机性能试验台的研制及试验研究

根据国家标准GB/T9098-2008和GB/T5773-2004的技术要求,采用计算机信号采集处理技术研制了一套电冰箱压缩机性能测试装置,以第二制冷剂量热器法作为主测,制冷剂液体流量计法作为副测。通过对试验采集的数据进行分析,被测压缩机的吸气温度、环境温度及过冷温度控制精度均在±0.2℃范围内,吸气压力和排气压力控制精度均在±0.5%范围内,两种测试方法的偏差为4.0%。该试验装置测试的误差均在标准规定的精度范围内,满足了电冰箱压缩机的测试要求。