热力驱动双循环斯特林制冷机参数设计

采用斯特林正循环和逆循环的自由活塞斯特林热机和制冷机组成自由活塞双斯特林制冷系统,能够实现一次能源的直接利用,对于能源的高效利用具有重要意义。该制冷系统各运动部件间无直接机械连接,仅通过流体传动实现热机和制冷机的自由活塞运动组件耦合,其热力学与动力学协同关系较为复杂。本文采用Sage软件建立自由活塞双循环斯特林制冷机模型,预设各运动组件相关参数,通过运行观察各组件参数影响关系,逐步确定初始输入参数,最终实现模型中运动组件的自由运行。以制冷量和COP最大为目标开展优化计算,确定系统的运行和结构参数,完成结构设计分析及制造。实验测试中在400 W热功率下制冷温度达到−26℃,验证了模型模块选择、参数设置和结构设计的正确性,达到样机设计目标。

斯特林/脉管复合制冷机热力特性仿真研究

斯特林/脉管复合制冷机是一种新型低温制冷机,它克服了深低温区斯特林制冷机振动干扰和脉管制冷机制冷效率低的缺陷,能够满足空间动态载荷制冷需求,在深低温区制冷技术的空间应用中有很大潜力。利用仿真软件建立斯特林/脉管复合制冷机模型,通过调节回热器长度以及排出器相位等参数,探究复合制冷机内热力参数分布情况以及制冷机效率随排出器相位变化规律。结果表明通过主动控制排出器相位可以调节两级冷量分配。当二级回热器长度为35 mm,排出器相位约110°时,在20 K达到0.93 W制冷量;二级回热器热端质量流超前压力波23.4°,冷端质量流落后21.7°,得到合理的相位分布。

EMC设计在斯特林制冷机中的实际应用

目前,电子设备越来越向高速、宽带、高灵敏度、高密集度、集成化、小型化趋势发展。电磁兼容问题日益成为电子产品设计和使用中需要关注的焦点。在军用产品中EMC设计尤其重要,将EMC的设计思想融入到产品设计的各个方面,将大部分EMC问题解决在萌芽状态,这是军用产品要达到的目标。本文重点介绍了针对斯特林制冷机所采用的相应滤波电路设计及电磁屏蔽技术。经实际验证,采用滤波电路及屏蔽措施整改后的制冷机组件完全满足国军标GJB151A-97标准的要求。

低温制冷机冷头换热器设计与分析

提出了一种低温制冷机冷头换热器新的结构形式,通过有限元软件分析计算,获得了换热器的温度场分布,并经过分析提出了改进方法,得到改进后的冷头换热器结构形式,通过有限元分析计算验证了改进后的换热器可以满足应用要求,证明了换热器结构的合理性。

双温区双冷指斯特林制冷机的实验研究

随着空间探测任务多元化的发展,要求空间低温系统能够在多载荷多温区提供不同冷量,以往的制冷机多以膨胀机串联式来达到要求,耦合难度大。双温区双冷指斯特林制冷机创新的采用一台压缩机驱动和两台并列膨胀机的新型结构,实现了在95 K和150 K提供不同冷量的要求,相比于两台斯特林制冷机,减小了重量和功耗,增加了集成度,相比于串联制冷机,减小了热耦合难度,降低了复杂性,在空间制冷的需求日益复杂化的背景下,为制冷机的紧凑性和集成度的方向提供了新的思路。

斯特林型制冷机集成制冷的发展

随着对空间制冷的要求越来越高,具有多级制冷能力的制冷机比使用多个制冷机有更高的系统效率。这种制冷机通过减小冗余提高系统的可靠性,同时又满足了空间低温系统集成化的需求。针对单个线性压缩机驱动多个膨胀机的方式,总结分析其在多温区多冷量需求下的制冷效果和发展前景。

基于Regen3.3的45K斯特林制冷机分层结构回热器的优化

回热器是回热式低温制冷机的关键部件,其性能优劣对制冷机的性能有决定性影响,因此研究回热器性能的影响因素、优化回热器结构参数非常重要。基于经典的热力学和流体力学原理,引入了表征回热器内部交变流动换热特性的两个相似准则数即瓦伦西数(Va)和交变流贝克利数(Pe_w),并提出分层丝网回热器结构。通过用REGEN3.3模拟分层丝网回热器,得到结果:分层填充方式对回热器的性能起到了很重要的作用,适当地分层填充可以提高性能系数COP(净冷量与热端PV功之比),验证了本文对回热器的分析。优化结果表明,Case.5的填充方式是最好的,它可以在制冷温度为45 K,输入功61.6 W时提供2.8 W制冷量。

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。

太阳能光伏斯特林制冷冰箱实验研究

太阳能光伏冰箱系统以太阳能为源动力,与常规家用冰箱相比有着巨大的优势,不仅不会对环境造成污染,而且适合用于偏远或无电地区,用于保存食物或药品。以太阳能光伏斯特林冰箱系统作为研究对象,对光伏驱动下斯特林冰箱不同控制温区进行比较,分析冰箱内温度变化情况、斯特林制冷机功耗情况及不同环境温度下耗电情况。

自由活塞斯特林发动机Re-1000的模拟研究

为了掌握自由活塞斯特林发动机的设计方法,采用Sage软件建立了自由活塞斯特林发动机Re-1000的一维模型。模拟结果和实验结果比较显示,输出功率、热效率的模拟值和实验值呈相同的变化趋势。输出功率模拟值与实验值误差约为15%,热效率模拟值比实验值大4%。证明了Sage软件模拟自由活塞斯特林发动机具有较好的准确性,对优化自由活塞斯特林发动机性能有一定意义。

空调温区自由活塞斯特林制冷机中回热器的优化设计

根据一台空调温区自由活塞斯特林制冷机(FPSC)的设计要求(300 W@280 K),对其关键部件回热器进行了优化设计。回热器填料选择了流阻损失较小的卷箔式结构和聚酯材料。搭建了Sage整机模型和回热器模型以分析不同回热器长度和孔隙率对回热器换热损失及整机制冷性能的影响,280 K制冷温度下回热器长度和孔隙率的优化结果分别为32 mm和76%。最后分析了FPSC内部换热损失的分布情况,验证了卷箔式结构在空调温区应用中的优势。

斯特林制冷机调试测控仪的设计

斯特林制冷机是一种较为复杂的机电一体化产品,调试过程对制冷机的性能影响较为明显,文章介绍了一种应用于斯特林制冷机调试过程的测控仪,叙述了测控仪的总体电路,重点介绍了与调试过程相关的电路单元,如功能设置、频率调控、幅度调控以及参数显示等,测控仪将供电、测量、参数调控、驱动控制及参数显示集成与一体,与传统的采用专用电源和计算机软件进行调试的方法相比,具有体积小、连接以及操作简单、直观、携带方便的特点,在制冷机的调试过程中得到了较好的应用。

双温区双冷指斯特林制冷机连管的设计

斯特林制冷机具有制冷温度低、制冷效率高、结构紧凑、工作寿命长等特点,已成为空间应用的主力机型。为了满足空间红外相机系统不同制冷温度和制冷量的应用需求,设计了一台由单压缩机驱动两台膨胀机的新型斯特林制冷机,介绍了该制冷机的结构及其特点;对连管进口气体波动采用恒定流速处理,然后从管道夹角和管径两方面入手,找出符合设计要求气体分配方案,最后对比各自方案的空容积和流动阻力,获得最佳方案。

自由活塞斯特林发动机间隙密封泄漏特性分析

间隙密封技术是自由活塞斯特林发动机的一项关键技术,间隙密封避免了摩擦损耗,不需要润滑,对自由活塞斯特林发动机整机性能的提高起到了重要的作用。本文建立了自由活塞斯特林发动机间隙密封双边运动的一维层流模型,结合施密特等温分析法,对一台输出功率为100 W的自由活塞斯特林发动机计算了工作腔与缓冲腔之间的泄漏率曲线和单个循环工作腔向缓冲腔泄漏的泄漏量,并比较了不同间隙宽度情况下泄漏损失所占的比重,得到了最大允许的密封间隙宽度。同时,建立带有进出口的二维模型,运用Fluent进行了数值模拟,并与一维层流模型计算结果进行对比,得出二者泄漏率基本一致的结果,但由于间隙流动处进出口体积骤变的存在,二维模型数值模拟结果泄漏率略低于一维层流模型,更接近实际情况。

空间自由活塞斯特林发动机研究进展

自由活塞斯特林发动机可利用放射性同位素、核能、太阳能等热源将热能转化为机械能。由于其具有高效率、高可靠、长寿命等特点,成为满足当前长周期深空探测任务的理想机型之一。详细介绍了应用于放射性同位素发电装置和核裂变电源系统的自由活塞斯特林发动机的发展历程,其发展过程主要体现在结构形式多样化、输出功率及应用范围扩大化、单机走向系统集成化等方面。进一步总结了自由活塞斯特林发动机的关键技术,并介绍了其在热力学分析、多目标优化以及动力学方面的理论研究进展。最后,对我国自由活塞斯特林发动机的研究现状提出了几点思考。

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。

基于硅基回热器的微型脉管制冷机的数值模拟

随着电子器件热流密度的不断增加,开发和使用结构紧凑且高效的微型制冷器件已非常迫切。使用Fluent 19.0软件对基于硅基回热器的微型脉管制冷机在不同回热器空隙率、冷热端温度和相位条件下的制冷性能进行了数值计算。结果表明:硅基回热器的空隙率对制冷性能有重要影响;在固定几何参数下,存在一个最佳空隙率使得制冷机的COP最大。当工作频率为500 Hz,充气压力0.2 MPa,空隙率为0.87时,微型脉管制冷机能够在293 K提供3.844 W的制冷量,COP为1.007,相对卡诺效率为3.44%。随着冷端温度上升,制冷机的制冷量增加,但相对卡诺效率随之降低。本研究可为微型化制冷机的设计和开发提供一定指导。

斯特林制冷机恒压驱动电源输出电流稳定性研究

斯特林制冷机具有结构紧凑、效率高等优点,广泛应用于红外芯片冷却。红外探测器系统通常采用恒压电源对斯特林制冷机供电。针对红外探测器多温区制冷需求,研究了多个独立工作的斯特林制冷机对系统恒压电源输出特性的影响。通过搭建斯特林制冷机驱动控制试验系统,发现制冷机驱动控制电路会使恒压电源输出电流产生较大波动,影响电源的可靠性。提出采用两台制冷机反相驱动的控制策略,明显降低了电流波动,可为红外探测器多制冷机多温区制冷设计提供依据。

排出器动力学特性对斯特林制冷机性能影响分析

为分析斯特林制冷机排出器动力学特性对整机的性能影响,建立了斯特林制冷机热力学模型,并与排出器动力学模型耦合,通过仿真计算,分析了排出器板弹簧刚度、排出器质量等参数对系统的制冷量、排出器振幅和相位角等参数的影响。结果表明,排出器支撑板弹簧刚度存在一个最佳值,使得整机的制冷量最大,最佳频率比在0.85左右。

小型商用斯特林制冷机液氮温区探索

探索了一款商用斯特林制冷机Cryo S 100实现液氮温区制冷的可能性。通过Sage程序建立了该制冷机数值模型,计算结果表明,当制冷机冷指增加1倍时,可在77 K获得5.1 W制冷量,输入电功率120 W;实验证明,当输入电功率120 W时,制冷机冷头可在77 K获得2.0 W制冷量。