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...     

35 K双级斯特林制冷机性能实验

介绍了一台双级斯特林制冷机性能及运行参数对制冷机性能的影响。实验结果表明,在充气压力1MPa,运行频率40Hz,位移相位角65°的条件下,压缩机输入功率56W时,可获得0.85W@35K的制冷量。通过实验发现:同样功耗下,随着位移相位角减小,二级制冷温度下降,一级温度制冷温度上升。这表明,位移相位角对双级间的冷量分配有影响,可以通过相位控制对一、二级之间的冷量分配进行调整。     

便携式斯特林深冷冰箱研制

研制了一种以斯特林低温制冷机为冷源,有效容积6L,工作温度范围-60℃～-160℃的深冷冰箱.小型斯特林制冷机采用直线电机驱动,电机与压缩机一体化设计,采用氦气制冷工质.斯特林制冷机的冷指置于冰箱内底端直接冷却.圆柱形箱体采用了内环为真空层、外环为硬质聚氨酯发泡层的复合绝热技术,设计了具有3层辐射屏的内盖和真空箱盖.该冰箱具有环境友好、热效率高、制冷温区宽、制冷量易控和体积小等特点,可以满足低温保存和实验等需求.输入功率170W时冰箱内温度低于-150℃,对应-100℃低温时的制冷量为7W.     

6 W@90 K星载斯特林制冷机的热环境适应性

针对某空间任务要求,分析了热试验温度取值.基于1台6 W@90 K星载斯特林制冷机,开展了常压热循环和热真空试验研究,得到了制冷机在不同温区下的制冷性能参数.从6个方面对比分析了两个试验中性能参数的变化,最后得出:环境温度对6 w制冷机性能影响较大,从50 ℃到-20℃温区,制冷温度为90 K时,冷量增大约1.4 W,功耗减小约17 W;在50至-20℃温区内,制冷机未发生结构热变形失效.该6 W型制冷机在合理设计辅助散热(卫星总体热控调节)之后,可满足空间应用时-20℃-40 ℃温区热环境适应性;压缩机和膨胀机通过良导热体连接散热,可平衡温差,便于控温.     

百赫兹气动斯特林制冷机设计与初步实验研究

基于制冷机专业设计软件SAGE,给出了百赫兹气动斯特林制冷机冷指的设计,讨论了各参数对制冷性能的影响;通过一台商用压缩机对该冷指进行了初步实验验证,当制冷机运行频率为105 Hz,充气压力为2.50 MPa时,可获得77.1 K的最低无负荷制冷温度,在90.0 K有0.28 W的制冷量。     

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...     

频率对4 K GM制冷机性能的影响

通过改变GM制冷机活塞的运行频率,实验测定GM制冷机的性能,通过实验结果分析GM制冷机冷头运行频率对其性能的影响。实验结果表明,在不改变制冷机结构参数的情况下,制冷机存在一个最佳运行频率0.84 Hz,即冷头电机运行转速为42 r/min。制冷机冷头型号不变,压缩机由6 k W换成3 k W压缩机进行驱动时,通过降低制冷机冷头运行频率发现:冷头电机转速由60 r/min转换成42 r/min时,在二级达到4.2 K时,制冷机可获得0.5 W的冷量,其效率与6 k W压缩机驱动时一致。     

工作参数对斯特林制冷机性能影响分析

在调试阶段影响斯特林制冷机性能的工作参数主要有:充气压力、工作频率和环境温度.其中充气压力和工作频率是最容易更改的参数,通过分析得到:充气压力影响着斯特林制冷机振子系统的自然频率,而工作频率则影响斯特林制冷机压机活塞和排除器的相位差.利用简化模型分析了环境温度对斯特林制冷机性能的影响.实验验证了充气压力、工作频率和环境温度对制冷机性能的影响,实验结果能较好的满足分析部分.     

空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究

为冷却某空间用红外探测器,研制了一台斯特林型脉冲管制冷机。该制冷机为单级同轴型结构,整机重量4.5 kg,设计寿命5年。系统介绍了脉冲管制冷机系统结构及实验装置,测试了制冷机性能及其与杜瓦耦合后的降温特性曲线,实验结果表明,脉冲管制冷机在80 K可提供0—3 W制冷量,比卡诺效率11%,其制冷量可充分满足杜瓦组件的低温和长寿命的工程需求。     

冷却水温对大冷量斯特林制冷机性能的影响

对一台大冷量整体式斯特林制冷机开展了冷却水温影响的研究。充气压力1.85 MPa时,冷却水进水温度每升高5℃,77 K制冷量实验值减小约40 W,COP实验值降低约0.4%。77 K制冷温度下,压缩腔工质平均压力、制冷机输入功和水冷器换热量随冷却水温升高而增大。提高充气压力,发现冷却水温度变化对制冷性能的影响几乎不变。     

6 W大冷量斯特林制冷机的实验研究

基于实验分析了大冷量分置式斯特林制冷机的动力特性和热力特性,详细讨论了对制冷机性能有重要影响的参数如固有频率、工作频率、相位角、充气压力、排出器位移等.样机采用牛津型斯特林制冷机结构,在93 W输入功率下初步获得6 W/90 K的性能.     

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%。     

高温超导用10 K单级G-M制冷机性能研究

为了满足高温超导设备、气体液化、液氢贮运等方面对10 K温区大冷量制冷机的需求,对10 K单级G-M制冷机进行了理论设计和试验。理论分析了回热器尺寸及回热器填料对制冷机性能的影响。通过优化回热器填料比例及冷头运行频率,此单级G-M制冷机可以获得9.7 K的最低温度,在20 K时可以获得92.6 W制冷量,可较好的满足高温超导等领域应用。     

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%。     

10W/80K高频同轴脉冲管制冷机的实验性能

介绍了一款大冷量高频单级同轴脉冲管制冷机的基本结构、数值模拟和实验性能。其线性压缩机采用Redlich动磁式直线电机驱动,压缩活塞对置布置,使用板弹簧支撑和间隙密封技术,80 K温区工作时的电机效率在83%以上。膨胀机的蓄冷器和脉冲管为同轴型布置,这种结构使冷头与器件之间的耦合非常方便。使用数值软件对制冷机整机和调相部件进行数值模拟,并对模拟结果进行实验验证。对制冷机的运行频率和制冷性能进行实验研究,制冷机在210.3 W输入电功时能获得10 W/80 K的制冷性能,比卡诺效率为12.66%,运行频率为62 Hz,整机重量小于5.5 kg。     

斯特林型高频脉冲管制冷机的实验研究

介绍了一台单级U型高频脉冲管制冷机的实验装置和实验结果.制冷机冷端无负荷最低温度达到了38.31 K,此结果为目前国内单级斯特林型高频脉冲管制冷机所达到的最低温度.当输入电功率200 W时,在50 K有0.6 W制冷量;当输入电功率为250 W时,在80 K有4.25 W的制冷量.这为40 K以下深低温,大冷量的斯特林型脉冲管制冷机的研制做出了有益的探索.通过分析压缩机运行频率对制冷机的最低温度和制冷量的影响,得出了在液氮温区针对特定的制冷温度,压缩机存在的一个最佳工作频率.在此工作频率下,压缩机和脉冲管耦合后,制冷机能够获得较高的效率.     

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。     

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%。     

利用贮氢合金的回热式制冷机

叙述了直接用氢化物吸附氯气进行压缩的回热式低温制冷机可行性的研究。如果吸附压力特性大,就可直接驱动回热式低温制冷机,则分置式斯特林循环或维勒米尔循环的气体压缩腔可用气体吸附式压缩机代替。简化理论表明,通过增加传热面积,并使氢化物和壁材料的热量保持不变,可以在几秒钟内获得压力特性。我们发现用扁平毛细管贮存氢化物,适用于氢化物压力特性大的压缩系统,与气动控制膨胀机连接时,热压缩系统的实验结果表明,当氢化物容器的加热温度和冷却温度分别为90℃和20℃,而频率为0.5Hz时,可达到的最低温度为95K。     

斯特林型脉冲管制冷机中压缩机与冷指耦合实验研究

从理论上分析了质量流和压力波对脉冲管制冷机中冷指和压缩机耦合的影响, 针对1台6 W/95 K斯特林型脉冲管制冷机行了具体研究.实验分析表明:只有当线性压缩机能够提供脉冲管冷指所需的压力波动和质量流量时,整机才可能取得较好的性能;运行频率和整机的输入功率对压缩机效率的影响都小于2%.