溴化锂制冷机组高温发生器管束腐蚀穿孔原因分析

针对溴化锂制冷机组高温发生器管束在日常运行及停机期间因发生腐蚀而穿孔泄漏问题,通过硬度检验、金相分析、电镜能谱分析,找到管束腐蚀原因为高温发生器内进入了一定量的空气(氧气),溴化锂溶液在有氧的情况下会引发和促进碳钢管束腐蚀(点蚀)的发生和发展。结合实际,提出防腐建议与注意事项。

双温区脉管制冷机的制冷量主动调控策略

针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,实现80 K和40 K双温区制冷量主动调控.数值计算结果显示,调相器相位差对高温区制冷量影响较大,调相器振幅和相位差对低温区制冷量均有明显的影响.实验结果表明,采用基于主动控制调相器活塞运动特性的调节策略,80 K温区制冷量可以在9.2~23.7 W内主动调节,40 K温区制冷量可以在3.2~4.5 W内主动调节.

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%。

采用斯特林制冷机的低温精馏制氮系统

针对分布式液氮供应系统相关技术仍不成熟的问题,提出采用大冷量斯特林制冷机的低温精馏制氮系统.根据不同的系统运行条件,基于Aspen HYSYS搭建3种精馏制氮流程;对每个流程在不同的空气入口温度、压缩空气初步预冷温度、制冷机输入冷量条件下进行数值模拟分析.对液氮产率、氮提取率、单位产量能耗等进行优化计算,结果表明,采用低压进气,应用冷冻干燥法纯化原料气,之后进行常压精馏是最优流程;在入口温度为10℃,初步预冷温度为25℃,输入冷量为1 kW的运行工况下,系统液氮产率可达10.38 L/h,氮提取率高达62.19%,比功耗为1.105 kW·h/L.相对于其他小型液氮生产系统,新系统具有产率大、氮提取率高、比功耗低等显著优点.

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。

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。

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。

冷端测温位置对制冷机性能表现的影响

机械制冷机是提供红外载荷工作所需低温环境的主要设备,在运行过程中,制冷机冷腔温度会低于测温二极管处的温度,该温差与二极管测温位置及其造成的传热热阻有关。本文先从理论上分析了二极管测温位置及其造成的传热热阻差异对冷腔实际温度的影响,并进行了实验验证,再进一步通过理论推导与实验测试研究了制冷机冷腔的实际温度对制冷机性能表现的影响,指出了在使用模拟杜瓦进行制冷机性能测试的过程中,应注意以下几个问题:①测温二极管与制冷机冷腔存在固有温差。温差越大,制冷机冷腔的实际温度越低,制冷机与杜瓦的性能总体表现越差。②测温二极管与制冷机冷腔的温差大小受杜瓦组件热阻的影响。热阻越大,该温差越大,制冷机冷腔实际温度越低。③测温二极管焊接位置会影响杜瓦组件的热阻大小,从而影响制冷机冷腔的实际温度。测试杜瓦设计时应充分考虑二极管测温位置的设置,避免模拟失真影响对制冷机性能的评估。

空间制冷机被动隔振装置设计及仿真

遥感卫星的发展让空间制冷机的应用愈发广泛,制冷机在为探测器提供所需温度环境的同时也带来了微振动干扰,严重时会影响探测器性能,因此,需要对制冷机的微振动进行抑制.基于松弛型阻尼器和三点均布支撑的布局形式,设计了制冷机被动隔振装置,分析了装置的隔振性能,对比了动力学模型和有限元模型的传递特性.研究结果表明,所设计的被动隔振装置对制冷机主频、二倍频、三倍频隔振效率分别达到90%、95%、97%,本文对空间制冷机的被动隔振装置工程设计具有参考意义.

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。

斯特林制冷机在冰箱系统中的应用及可行性研究

斯特林制冷机具有运动部件少,无需润滑油,制冷过程无相变,制冷温度范围大,制冷量方便可调和制冷效率高等优点,在商用/民用制冷系统中具有广阔的应用前景。为满足用户低温冰箱高端化需求,本文研制了一台蒸气压缩和斯特林机联合制冷的多温区冰箱,开展了斯特林制冷机性能测试、散热和导冷结构设计优化及斯特林冰箱的整机性能研究,分析了输入功率和环境温度对斯特林制冷机性能的影响。结果表明:随着斯特林制冷机冷端温度的增加,其输出制冷量和COP均不断增加;增大输入功率可以有效增加输出制冷量,但COP略有降低。在环境温度43℃下,斯特林制冷机在冷端温度为-60℃时可输出制冷量为28.97 W,COP为0.37。本文还提出了基于热管技术的斯特林制冷冰箱的冷热端传热结构,仿真结果表明本文提出的散热导冷结构均可满足系统设计要求。最后,开展了斯特林制冷冰箱实验性能测试,32℃环境温度下的空载测试实验表明,低温室降温耗时相比冷冻室缩短28%;在环境温度43℃下,冰箱稳定运行后低温室平均温度可达-64.5℃,斯特林制冷机和整机耗电量分别为2.33 kW·h/d和4.13 kW·h/d。

基于4 K制冷机的低温泵抽气单元性能分析

中性束注入实验单元系统调试和小尺寸样机验证测试需要真空环境支持,针对实验气体负载性质与真空要求,探索研制外置式制冷机低温泵。设计了一种基于单台4 K制冷机的低温泵并开展抽气单元性能分析,采用ANSYS热分析方法研究抽气单元热学性能,得到了不同气体热负载下的温度分布,结果表明,抽气面温度处于5 K左右,能够有效抽除H_(2)、He等难凝性气体。采用MOLFLOW对连接抽速测试系统的低温泵进行了气体粒子运动模拟,验证了抽气单元设计的合理性,并模拟得到气体捕获系数为0.409;探究了气体负载对抽气性能的影响,结果表明,受温升影响,泵的抽速波动较小,抽气性能良好。研究方法与结果为实验用制冷机低温泵的研制提供了有益参考。

整体式斯特林制冷机的密封泄漏分析

整体式斯特林制冷机的主要失效原因有蓄冷器污染、运动摩擦副磨损、轴承失效、驱动控制电路失效以及气体工质密封泄漏。而气体工质密封泄漏问题是影响制冷机可靠性的最主要因素。影响制冷机密封性能的主要因素为密封表面加工质量、密封材料和密封结构。选取两款典型制冷机的密封结构作为研究对象,对制冷机的密封结构建立有限元模型。仿真结果表明,与轴对称结构相比,中心对称密封结构的应力分布更加均匀,有利于制冷机密封性能的改善。该结果也为后续制冷机生产工艺过程中提高可靠性以及新研发制冷机设计思路提供了参考借鉴。

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。

基于逆布雷顿循环的空气制冷机的优化与性能分析

本文提出将传统空气制冷机的绝热压缩过程改进为多管束空气压缩机进行等温压缩,分析了改进后基于逆布雷顿循环的空气制冷机的压缩过程、制冷循环过程以及性能系数。结果表明:相较于传统的空气制冷机,改进的空气制冷机压缩机出口温度可降低144.55K,做功可以减少52.48kJ/kg,性能系数(COP)可以提高0.375。如果考虑回收膨胀功,改进的空气制冷机COP可以达到1.33。

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。

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。

脉管制冷机的研究进展及其仿真优化

脉管制冷机具有高稳定性、持久运行和低振动等特性,符合高真空设备低温泵对冷源的要求,在低温真空泵领域的关注度越来越高。本文首先介绍了脉管制冷机的基本原理和分类,然后按照驱动方式总结了不同脉管制冷机的最新研制进展,最后重点分析了不同仿真方法在脉管制冷机研发和优化过程中的实际应用。

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。