自由活塞斯特林发动机运行频率

自由活塞斯特林发动机运行频率是发动机的关键参数。区别于传统的曲柄连杆斯特林发动机,自由活塞斯特林发动机的运行频率由系统充气压力、动质量、弹簧刚度、阻力系数等热动力学参数耦合确定,因此确定自由活塞斯特林发动机的运行频率较为复杂。为了能够定量计算自由活塞斯特林发动机的运行频率,笔者建立了耦合发动机热动力学参数的数值模型。首先,在模型中对压力波进行线性化处理,得到了自由活塞斯特林发动机运行频率的计算公式;然后,运用模型分析了主要参数对发动机运行频率的影响规律,并与实验结果相对比,发现模型计算结果较为准确;最后,分析了当板弹簧刚度大幅度增加时,发动机的运行频率却变化较小,主要原因在于原有板弹簧的最高自然频率较低。结果表明:优化设计了新的板弹簧,使发动机运行频率大幅度升高,在采用新的板弹簧之后发动机的运行频率从原来的35Hz提高到60Hz。

空间百瓦自由活塞斯特林发电机的实验研究

搭建了实验测试系统并对研制的百瓦自由活塞斯特林发电机进行性能优化实验,探究了板簧刚度、运行压力、外负载和冷端温度等因素对发电机输出功率、热电效率、运行频率、热端温度等输出特性的影响。结果表明:同一工况下,配气、动力活塞板簧刚度均存在最佳值使得发电机的输出功率与热电效率最高,运行频率对前者的变化更为敏感。运行压力和外负载的增加有效降低稳定热端温度,而冷端温度的提升则起相反作用。冷端温度的增加提升了发电机的整体运行温区,导致输出性能下降。经过实验优化,发电机在热端温度890 K,冷端温度298.5 K时,最大输出功率125.2 W,热电效率为25.4%。

分布式小型有机朗肯循环运行特性实验

针对分布式能源系统中可利用热源的温度和流量频繁波动的特点,测试了kW级有机朗肯循环原型机组在110~150℃波动热源下的运行性能和以工质流量与膨胀机转速为控制变量的多工况运行能力。结果表明,通过调节工质流量可以在相对平稳的热效率下实现对机组输出功率的有效控制。机组输出功率随热源温度变化剧烈,但随热源流量变化规律不一:小工质流量下,换热面积冗余较多,热源流量的变化对机组性能的影响可以忽略;随着工质流量的提高,热源流量的影响逐渐凸显,表现为机组性能随工质流量下降而明显降低。机组在热源温度150℃下获得最大输出功约4 kW,最大热效率6.0%。

一种用于柱面压缩实验并设有两级内翅式换热器冷屏的液氦温区低温靶

通过低温技术实现物质的高密度状态并进行冲击压缩实验是获得物质高能量密度状态方程的重要途径.本文介绍了一种用于柱面压缩实验的设有两级内翅式换热器冷屏的液氦温区低温靶.该低温靶通过设置两级内翅式换热器冷屏和在低温下可脱落的折叠冷屏结构,实现了液氦的高效存储,成功研制了应用于柱面压缩实验的液氦温区低温靶.在停止外界液氦供给和关闭真空泵的条件下,可获得4.77 K的样品室稳定温度,样品室的降温时间和维持稳定时间均满足柱面压缩实验的要求.本文还介绍了低温靶的结构设计、利用ANSYS Steady-Static Thermal模块对低温靶进行的热分析与实验结果.仿真计算结果与实验结果吻合较好.

A liquid helium temperature target with a 10K vapor shield for shock compression experiment in the environment condition of 100Pa

The shock compression experiment of liquid helium is an available way to gain properties of specimen at high temperatures and pressures.Based on Fluent,a thermal insulation analysis and design of a liquid helium temperature target in the environment condition of 100 Pa for shock compression experiment is performed.Then,a cryogenic target with a 10 K helium vapor shield and a separated vacuum interval is particularly developed.A lowest temperature of 3.63 K and a stable temperature of 3.70 K in the specimen cavity with an accuracy of 0.1 K are obtained by means of continuous flow and vacuum cooling.Both time-consuming and temperature stability are well-suited to the requirements of the shock compression experiment.The results show that the calculated and experimental data well-matched each other.The simulation method may be effective and feasible for the optimal design of the cryogenic target.