液氦温区大冷量GM制冷机仿真及参数分布研究

为提高液氦温区GM制冷机制冷效率,加快产品迭代速度,采用Sage仿真软件对鹏力超低温生产的一台KDE420两级GM制冷机进行了整机建模,该制冷机由两台KDC6000V压缩机并联驱动,模拟结果显示该制冷机一、二级分别可获得71.6 W@50 K、2.6 W@4.2 K制冷量,与实验测试结果基本一致。同时对模型中整机(火用)损失情况、膨胀机内温度和(火用)流分布等进行了系统分析。分析表明:进入二级回热器的(火用)占一级膨胀腔(火用)的69.5%,二级回热器铅丸段温度梯度过高,通过优化二级回热填料可进一步提高制冷性能。

有限填料热容下脉管制冷机内的热输运效应

为了优化脉管制冷机的泵热特性,探讨有限填料热容对回热器内部热输运过程的影响。基于回热器的2维模型,获得了有限填料体积热容下的热声输运过程的解析解。结果表明脉管制冷机内的热输运过程包括3个部分:声压热输运、壁温热输运、速度热输运。壁温热输运效应产生于壁面温度周期变化,它不同于基于壁面轴向温度梯度的导热过程,也区别于速度热输运过程。当温度从300 K降低到40 K时,壁温热能通量不断减小,不过壁温热能通量相对于截面热能通量的大小从5%增加到12%。

6 W@80 K空间同轴脉管制冷机设计与实验研究

针对某空间红外载荷需求,基于Sage平台搭建了同轴脉管制冷机整机模型,根据仿真结果对冷头结构参数进行了设计计算。在此基础上,利用实验方法探究了回热器填充方式、惯性管组合方式、充气压力、输入功率、冷头方向对制冷机性能的影响,并与仿真结果比较,两者吻合度较高。研制成功的脉管制冷机整机质量为3.5 kg,输入功率150 W时,无负荷制冷温度为39.74 K,可获得7.23 W@80 K的冷量,整机相对卡诺效率13.26%,在空间用同轴脉管制冷机中处于先进水平。

小型线性斯特林制冷机驱动控制方法研究

为了设计一种能使小型线性斯特林制冷机快速启动并获得高效功率输入的控制器,设计了基于STM32F407单片机的驱动控制器。根据控制器的输出电气参数对制冷机中的直线电机部分进行有限元仿真,仿真中未出现磁路饱和现象。基于传统的“低压启动,手动调节至高压运行”的制冷机启动方法,提出了“半压启动,线性升压,高压运行”的制冷机自动启动方法,在避免活塞撞缸的同时加快了制冷机制冷过程。通过脉宽调制技术将制冷机驱动波由正弦波转变为梯形波,以提高逆变电路的直流母线电压利用率。研究结果表明:梯形波驱动方式实现了制冷机输入功率约25 W的提升,制冷量也有相应提高。

两级GM制冷机数值模拟与分析

采用Sage软件建立了两级GM制冷机整机数值模型,并通过实验结果进行了验证。基于数值模型和?分析方法,分析了不同制冷温度下压缩机、旋转阀与冷头的损失分布。结果表明,损失主要发生在压缩机和旋转阀上。冷头的损失随着制冷温度的降低而增加,在4.2 K时36%的损失发生在冷头上,其中61%的冷头损失是由于实际气体效应引起。压缩机、旋转阀和回热器的低效性以及实际气体效应主导了制冷机的损失,导致制冷机效率低下。

太阳能吸收式制冷系统及其蓄能技术研究

在分析国内外现有太阳能吸收式制冷系统的基础上,从太阳能集热器、蓄能形式、辅助热源、吸收式冷水机组以及太阳能集热器与吸收式冷水机组的匹配等方面详细阐述太阳能吸收式制冷系统及其蓄能技术的发展现状,并对太阳能制冷空调系统的控制策略、优化分析及理论研究进行总结,最后指出太阳能吸收式制冷系统及其蓄能技术的发展方向。

200 W@4.5 K氦制冷机自动控制系统的设计与实现

聚变技术综合研究设施(CRAFT)低温系统计划建造4座氦制冷机,200 W@4.5 K氦制冷机作为其中之一将用于为超导材料性能研究平台提供测试条件。通过对工艺流程的分析,明确了200 W@4.5 K氦制冷机液化模式的控制流程。基于CODAC进行了氦制冷机控制系统的设计与开发,阐述了具体的网络架构和软件设计,以及液化模式下的压缩机自动控制流程和控制回路的设计与实现。运行结果表明,所设计的自动控制程序能够有效完成压缩机启动过程中的增载和压力控制。

基于遗传算法的绝热去磁制冷机中PID参数整定

在绝热去磁制冷系统中,PID控制器常用来控制等温磁化或等温去磁过程中磁热模块的温度稳定。由于ADR系统的非线性较强,传统的PID参数整定方法往往效果较差,实际ADR系统中PID的参数整定往往十分依赖于人工试错,耗费大量时间精力。而遗传算法在PID参数调试时对系统的依赖性小,非常适合复杂非线性系统的参数寻优。基于MATLAB语言和集总参数方法,实现了基于遗传算法的绝热去磁制冷机中GGG磁热模块的PID参数整定,为实际工程中的PID参数调节提供参考。

基于改进AVOA的小型自由活塞斯特林制冷机控制算法研究

针对小型自由活塞斯特林制冷机在温度控制系统中建模复杂以及易受环境温度和热负载变化的影响等问题,提出一种基于改进非洲秃鹫优化算法的模糊PID控制算法。通过在一台10 W@77 K自由活塞斯特林制冷机的温度控制系统中加入滞环偏置继电器辨识制冷机的数学模型,以此构建闭环控制系统,着重针对基于改进非洲秃鹫算法的模糊PID控制算法进行仿真实验。针对非洲秃鹫优化算法存在的容易陷入局部最优、收敛速度慢等问题,提出了一种融合多策略的改进非洲秃鹫优化算法,其中引入Tent混沌映射以提高初始个体多样性,并对次优秃鹫选择策略进行改进,加强算法脱离局部困境的能力,最后利用精英反向学习进一步增强算法全局搜索能力。仿真实验结果表明,该算法与PID算法、模糊PID算法和非洲秃鹫算法优化的模糊PID算法相比,调节时间分别降低79.69%、56.22%、50.26%,超调量分别减少87.70%、59.81%、60.38%;在加入方波扰动、白噪声、脉冲扰动和正弦波扰动下,控制系统的超调量的变化率分别为2.61%、2.35%、2.44%和2.49%。因此,基于改进非洲秃鹫算法的模糊PID控制算法与常规控制算法相比,具有响应速度快、超调小、抗干扰性强和稳定性好等优点。

含内热源密闭空间两级半导体制冷器瞬态特性分析

针对工作在含内热源密闭空间的空冷和热管式两级热电制冷装置,分别建立了瞬态性能计算模型,得到了制冷空间温度、模块两端温差,以及制冷系数随时间的变化规律;对比两种散热方式对装置特性的影响;分析了工作电流和热电偶热冷两级面积比,对温度、耗时和制冷系数的影响。结果表明:当元件功率为6W时,空冷和热管式制冷器温度分别比无热源时升高了8.28和7.86℃,热管式的制冷温度比空冷式低1.85℃,制冷系数比空冷式高12.12%。

水冷型高功率动力电池包冷却结构优化

车用高功率动力电池放电倍率大、产热快,易出现电芯过热问题,以优化水冷型高功率电池模组放电散热能力为研究目的,对电池模组冷却参数进行组合探究。搭建模组放电-产热耦合仿真模型,以冷却液温度T、流速V,冷管宽度W、高度H为优化边界建立四因素-四水平正交试验,利用极差分析法完成了各因素对响应目标影响的权重计算,结果显示:对模组最高温度和最大温差影响最大的因素分别是冷却液温度和流速。在权重计算结果基础上结合响应目标直方图和电芯表面温度分布图确定了全组最优解,较优方案Ι台架试验结果与仿真值相吻合,验证了本次优化方法的正确性。

空间脉冲管制冷机自适应主动减振控制技术

采用自适应主动减振控制器驱动制冷机压缩机,通过自适应窄带滤波控制算法使脉冲管制冷机50 Hz微振动力由0.21 N减为0.05 N,100 Hz微振动力由0.26 N减为0.04 N,150 Hz微振动力由0.9 N减为0.04 N,200 Hz微振动力由0.97 N减为0.02 N,250 Hz微振动力由0.69 N减为0.0 6 N。测试结果表明自适应主动减振控制对压缩机轴向前五阶具有明显的减振效果。

大冷量多级推移活塞型脉管制冷机

使用阶梯推移活塞加惯性管的复合调相方式结合二者的调相优势,改善非最佳匹配尺寸下推移活塞脉管制冷机性能。对阶梯推移活塞加惯性管的复合调相方式的双级脉管制冷机进行了实验研究。在第二级采用复合调相结构时,在充气压力2 MPa,运行频率51 Hz时,得到了86.4 K/22.9K的无负荷温度,在1 251 W输入功时,第二级在34.7 K得到5 W的冷量,为推移活塞双级脉管制冷机的性能优化提供了参考。

环路热声制冷机的多层丝网回热器数值模拟研究

热声制冷技术具备高度可靠性的同时具有显著的环境友好性,回热器作为核心部件直接影响热声制冷机的性能。为了使热声制冷机回热器在不同温度下均高效地泵热,设计了一种使用多层丝网回热器的四级环路热声制冷机并进行了数值模拟研究。计算结果表明,多层回热器的设计有利于保证回热器换热效果的同时减少黏性耗散,从而提升制冷机制冷量和效率。研究表明,三层丝网回热器的系统性能最优,在6 MPa高压氦气、高温端923 K、室温端303 K的条件下,在77 K制冷温度时获得制冷量109 W,高于单层、二层和四层回热器。

基于多重遗传算法的中央空调能效优化

为提高中央空调制冷系统能效比,实现不同工况下最优能效比,提出一种基于多重遗传算法的中央空调制冷系统能效优化方法。该方法通过灰色关联度分析(GRA)筛选出对中央空调能效比影响较大的关键运行参数,利用神经网络建立关键运行参数与能效比间的能效预测模型,通过Apriori关联规则算法获取关键运行参数间的关联规则,将预测模型作为多重遗传算法的适应度函数,关联规则作为遗传算法种群进化的约束条件。分别采用多重遗传算法和传统遗传算法进行能效比优化,结果表明,多重遗传算法比传统遗传算法能效比平均提高了5.75%,优化效果明显。

一种高精度温度控制斯特林制冷器控制系统设计

通过对斯特林制冷机驱动控制器电路的分析和器件选型,设计了一款以DSP为核心控制芯片、硬件与软件相结合、可对斯特林制冷机进行高精度温度控制的电路。介绍了电路的设计思路、各模块组成和功能,提出了提高温度控制精度的方法,给出了实际测试结果。测试结果表明:所设计的斯特林制冷机驱动控制电路控温范围宽、高温特性好、控温精度高,具备一定的工程应用价值。

磁悬浮冷水机组冷冻出水温度DMC控制仿真研究

针对磁悬浮冷水机组冷冻水出水温度控制存在时滞、外界干扰而传统PID控制效果不佳的问题,基于动态矩阵控制算法建立控制与仿真模型,通过预测冷水机组出水温度并加以校正,局部动态优化得到控制器最优控制量。仿真结果表明,动态矩阵控制算法能够实现平稳、无超调的控制,出水温度调整速度相比传统PID控制提升3倍以上,抗干扰能力也优于传统PID算法。

太阳能驱动的溴化锂吸收式制冷性能模拟研究

利用AspenPlus软件搭建系统仿真模型,系统循环流程采用有限Wegstein收敛方法并选用ELECNRTL物性方法作为溴化锂溶液物性计算方法,对系统的驱动热源流量、溶液换热器温差、溴化锂浓度溶液分配比例等参数进行研究;进而得出参数变化对系统性能的影响规律。

二甲醚在低共熔溶剂氯化胆碱/乙二醇中的溶解度

为拓展低共熔溶剂的潜在应用范围,探索其作为吸收式制冷工质对中吸收剂的可行性,测定制冷剂二甲醚在氯化胆碱和乙二醇组成的低共熔溶剂中的溶解度。在制备氯化胆碱和乙二醇摩尔比分别为1∶3和1∶4的2种低共熔溶剂Ethaline (1∶3)和Ethaline (1∶4)的基础上,采用等体积饱和法分别测量温度在283.15—343.15 K内的二甲醚在Ethaline (1∶3)和Ethaline (1∶4)中的溶解度,使用非随机双液模型对测量得到的实验数据进行关联。结果表明:对二甲醚/Ethaline (1∶3)和二甲醚/Ethaline (1∶4)而言,模型计算值与实验数据的平均相对偏差分别为2.39%和3.34%,可为所研究混合物的进一步工程应用提供基础的相平衡数据。

15W@80K全气体轴承室温活塞脉管制冷机研发

为了满足超大规格线列、面阵红外探测器及红外光学系统对大冷量、长寿命、低振动、紧凑化、高效率及轻型低温制冷机的需求,开展了15 W@80 K全气体轴承室温活塞脉管制冷机研发,采用Sage热力学软件进行了仿真分析,设计了首款基于全气体轴承支撑和室温活塞功回收技术的斯特林脉管制冷机,成功完成了工程样机研制并进行了性能测试。测试结果表明,散热流体温度20℃,制冷温度为80 K,制冷机在交流输入功率为320 W时,制冷量达到22 W,制冷效率达到6.875%;输入电功为397.9 W时,制冷量达到26.16 W,制冷效率为6.56%,冷量质量比(制冷量/质量)为3.1W/kg。散热流体温度20℃,制冷温度为60 K,制冷机在交流输入功率为360 W时,制冷量达到14 W,制冷效率为3.91%;制冷机在交流输入功率为400 W时,制冷量达到15.46 W,制冷效率为3.86%。验证了室温活塞调相技术的先进性,样机性能参数满足项目技术指标要求。