排出器等效机械阻尼对自由活塞斯特林制冷机性能影响的数值模拟

针对一台设计目标为300 W@80 K自由活塞斯特林制冷机,数值计算研究了排出器等效机械阻尼R_m对制冷机性能的影响及其作用机理。研究发现,R_m对制冷机的影响主要有两方面,一是直接影响排出器处的摩擦损失,导致制冷机性能变化;其次是改变了系统的声场分布,导致其他核心部件如回热器和换热器的损失变化。此外,制冷机入口声阻抗特性随之发生变化并进一步影响制冷机与压缩机的耦合性能。计算结果表明,维持制冷机输入声功1 363 W不变,当R_m由25 Ns/m增大至100 Ns/m时,制冷机制冷量由194.7 W降低至160.9 W,相对卡诺效率由38.9%降低至32.2%。

排出器等效机械阻尼对斯特林发电机性能影响分析

自由活塞斯特林发电机是一种高效紧凑的外燃式热机,在分布式冷热电联供等能源应用领域具有重要应用前景。本文针对本组研制的自由活塞斯特林发电机,计算考察了排出器等效阻尼 R_(m)对发电机性能的影响规律,并与实验结果对比。研究结果表明,排出器等效机械阻尼首先会影响自由活塞斯特林发动机内部声场的分布规律,导致声阻抗变化进而影响发动机和直线电机的声阻抗匹配关系。其次,等效机械阻尼直接导致排出器的动力学损失和 损失,并通过声场耦合影响活塞的损失。计算中,当 R_(m)从 0.5 Ns/m 增大至 80 Ns/m 时,电功从 5247 W 降低至 4673 W,下降 12.2%,整机热电转换效率则由 40.4%降至 36%。而实验中,当 R_(m)为 30 Ns/m 时,输出电功为 4307 W,整机热电转换效率为 33%,误差为 13%。