微型整体式斯特林制冷机系统的计算机仿真优化研究

从热动力学的角度,采用计算机辅助工程设计的方法对微型整体式斯特林制冷机进行整机系统的数值仿真,建立了系统计算机仿真模型,得到了不同行程配比下的内部流动状态,结果与实验得到的数据吻合得较好;从计算和实验两个角度分析了两者行程配比变化同整机性能之间的关系,为旋转式微型斯特林制冷机的几何结构设计提供了重要的参考依据.     

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。     

整体式斯特林制冷机工程化模型研究

针对国内斯特林制冷机可靠性处于浴盆曲线前端的现状,提出当前斯特林制冷机工程化解决加工、装配误差等引起早期失效的问题.为了指导微型斯特林制冷机工程化研究,对斯特林制冷机的模型进行了比较,得出采用系统动力学方法建立的制冷机模型适合进行工程化研究.在系统动力学观点指导下建立了整体式斯特林制冷机模型,并对该模型的各个环节进行了动力学元件量化的工作,以最新研究成果为例,给出了量化的方法.     

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%。     

平行轴布置的斯特林制冷机设计原理与应用分析

稳定平台光电系统设计常用线性斯特林制冷机以达到振动小的要求,但以牺牲重量、尺寸、功耗为代价。旋转式制冷机功耗低、尺寸小却振动大;设计平行轴布置斯特林制冷机以减小旋转制冷机对稳定平台的振动影响。分析了旋转制冷机振动源与稳定平台框架的系统刚性特点;从系统耦合的角度,通过力学模型分析平行轴布置斯特林制冷机振动源叠加的情况,根据分析结果提出利用稳定平台刚度高的方向吸收制冷机翻倒力矩的激励,降低平台的抖动程度。最后指出平行轴布置斯特林制冷机与框架结合应用的合理性与可行性。     

低振动大冷量气动斯特林制冷机的设计与试验研究

介绍了一台由中国科学院上海技术物理研究所研制的低振动大冷量气动斯特林制冷机,该制冷机由直线型动磁压缩机和低振动的气动膨胀机组成。基于气动斯特林制冷机的机构特征,建立了相应的数值模型,通过大量的参数设计及热力学优化,得到了最优的制冷机结构尺寸。该制冷机经过了设计、制作及实验阶段,试验结果表明,实验样机在123 W交流电功输入下可达到80 K@6 W的制冷性能,比卡诺效率13.4%,此时冷指振动力仅为2.35 N。     

小型斯特林制冷机动力学设计及试验

介绍了小型斯特林制冷机动力学设计及试验情况。通过试验,验证了斯特林制冷机动力学设计的准确性,达到了制冷机的谐振,降低了功耗,工作稳定性和可靠性得到相应的提高。     

自由活塞斯特林制冷机动力吸振器设计及实验研究

自由活塞斯特林制冷机(FPSC)中动子组件高频运动,产生一定的整机振动力,会影响制冷机工作性能并限制其应用,因此减振技术是FPSC的关键技术之一。本文对一台280 K@300 W斯特林制冷机动力吸振器进行设计,包括减振弹簧型线设计、结构形式选择、三种型号吸振器的质量刚度匹配、模态分析以及扫频验证实验。模拟及实验结果显示,b型吸振器的固有频率设计值、模拟值、实测计算值分别为79.98 Hz、79.56 Hz、80.95 Hz,而实验值为77 Hz,误差分别为3.8%、3.3%、5.1%,质量比约为0.09,满足低振动及轻量化要求,为此,优选b型吸振器作为斯特林制冷机的减振方案。     

基于DIC的斯特林制冷机振动非接触三维全场测试方法

为快速准确测试斯特林制冷机在工作时的振动状态,建立一种基于数字图像相关(DIC)的非接触三维全场测试新方法.该方法通过对制冷机表面的自然或人工标识进行图像相关分析,获得制冷机表面的外形(或标识)位移和应变的非接触三维全场测量,对测量的三维位移场进行傅里叶分析,进一步计算制冷机表面(或标识)的三维全场振动,实现制冷机振动振幅与频率的高精度无接触测量.通过斯特林制冷机的三维振动测试结果表明:该方法不仅能作为斯特林制冷机振动输出测量的新方法,还能有效应用于其他运动物体的振动输出测量.     

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.     

一种新型隔振器的设计与分析

针对传统被动隔振器低频振动抑制性差的缺陷,设计了一种新型的电磁-橡胶主被动一体化隔振器,通过研究输出力特性来评估其减振性能,首先,利用等效磁路分析法对其磁路结构进行设计仿真以及动力学分析,并得到其电磁力计算公式。然后,基于COMSOL软件对作动器的输出力进行动态仿真分析,并得到电流及其频率对输出力特性的影响,最后,将特性实验结果与仿真结果进行对比分析。     

Dynamic counterbalancing the single-piston linear compressor of a Stirling cryogenic cooler

Low vibration Stirling cryocoolers often rely on dual-piston linear compressors, the known disadvantages of which, as compared to their single-piston rivals, are: low reliability, increased power consumption, price, bulk, sensitivity to external vibration and g-forces. However, because of the inherently low level of vibration export, as required in numerous vibration sensitive electronic and electro-optic applications, the dual-piston approach has become prevalent in today’s industrial practice.The authors report on the novel approach to the passive control of a fundamental component of a vibration export from a single-piston compressor down to the levels typical for the actively controlled dual-piston rival. The technique relies on the newly proposed principle of dynamic counterbalancing, where an auxiliary movable mass is flexibly attached to a movable piston assembly and to the stationary compressor casing using auxiliary mechanical springs. The proper design of such a “spring-mass-spring” counterbalancer yields zero vibration export at minimum electrical power and current consumed by the motor.Based on the theoretical analysis, the design of the single-piston compressor of 1 W@77 K Ricor model K529N Stirling cryocooler was enhanced by adding such a counterbalancer. The obtained experimental results are in full agreement with the theoretical prediction. From experiment, the vibration export at driving frequency was reduced 57-fold at practically the same electrical current and power consumed by the compressor actuator as compared with the basic cooler.     

30 W小型气体轴承斯特林发电机设计与实验

为满足未来中国空间探测对高效率、小型电源的需求,对小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究,发电机采用气体轴承支承活塞、采用动磁式直线电机和高效回热器等技术,使其具有效率高、寿命长、体积小和重量轻的优点。实验样机验证了仿真设计的准确性,实验样机质量仅1.3 kg,在热端温度625℃、20℃水冷散热时,得到33.27 W的电功率,净效率为18.22%。     

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.     

基于ADAMS的印版滚筒支撑间隙动态模拟与分析

目的 为了了解存在的支撑间隙对印版滚筒动态特性的影响,解决印版滚筒的优化设计问题.方法 利用SolidWorks软件建立无支撑间隙以及含不同间隙的印版滚筒三维模型,并将其导入ADAMS软件中进行运行工况下的动态模拟与分析.结果 仿真结果表明,相较于无支撑间隙的理想情况,在考虑支撑间隙时,印版滚筒支撑部位的平均接触力幅值从200 N左右增加到1000 N左右,且波动变化增大;相应的位移曲线也出现不规律的变化,且位移幅值也增大.此外,随着间隙值的增大会加剧上述变化.在相同间隙值下,支撑厚度的增加又会减弱间隙对印版滚筒接触力和位移幅值的加剧效应.结论 可以通过增加支撑厚度的方式来优化印版滚筒结构,从而减弱间隙对滚筒径向振动的加剧效应,进而提高印刷质量.     

吊灯灯罩缓冲衬垫的随机振动仿真分析及实验验证

目的研究吊灯灯罩纤维模塑缓冲衬垫在随机振动激励下结构设计的合理性,及其对产品的保护性能。方法利用Ansys软件对吊灯灯罩纤维模塑缓冲衬垫包装件进行模态分析,获取包装件的固有频率和振型,将路面随机振动激励谱作用于纤维模塑缓冲衬垫包装件进行仿真分析,得到包装件的应力、应变云图和加速度功率谱密度响应曲线等,以此分析其结构设计的合理性以及对产品的保护性能,并进行实验验证。结果灯罩所受应力值远小于灯罩材料所能承受的最大屈服应力值(75 MPa),吊灯灯罩保存完好;有限元分析得到的结果与实测结果一致。结论纤维模塑缓冲垫结构设计合理,强度可满足保护产品的要求;利用有限元仿真分析解决纤维模塑缓冲包装制品的随机振动问题是可靠的,适用于动态环境下同类缓冲制品性能的研究,为缓冲包装产品性能预测、结构设计及优化提供有效分析手段。     

救护直升机机载急救单元随机振动分析

为了解某救护直升机机载综合急救单元随机振动响应特性,针对载机平台振动特点,将载机宽带随机叠加正弦振动激励谱转换为ANSYS软件可用的纯随机振动谱,在ANSYS软件中建立了机载综合急救单元有限元模型,通过模态分析,获取了机载综合急救单元固有频率和振型。在此基础上施加转换后的载机振动谱并进行随机振动分析,得到了机载综合急救单元不同部位在激励频带范围内的动力响应及危险频率点,并对单元结构动强度进行了校核。仿真分析结果可为机载综合急救单元的抗减振设计提供参考依据。     

基于Ansys Workbench的投影仪运输包装仿真分析

目的为某型号投影仪设计运输包装,并检验该方案的防护性能和安全性能。方法运用有限元软件并进行相关试验,对投影仪包装件进行模态分析、随机振动分析和跌落分析。结果在随机振动仿真分析中,包装件前6阶固有频率均大于25 Hz,避开了公路和铁路运输的共振频率范围,不会发生共振;最大等效应力为4.628 MPa,最大变形量为1.526 mm,各部件应力和变形量均在安全范围内,符合抗振强度要求。在跌落仿真分析中,投影仪裸机跌落时的镜片等效应力最大值为123.49 MPa,超过了玻璃的许用应力(28 MPa),镜头发生破裂;投影仪运输包装跌落时,镜片上等效应力最大值降低为2.1728 MPa,其余部件应力值均未超过对应材料的屈服强度,符合抗冲击强度要求。结论根据分析结果,采用EPE发泡塑料和E型瓦楞纸板的运输包装方案结构设计合理,能够在运输过程中对投影仪起到保护作用,具有一定的可行性。