气动分置式斯特林制冷机冷热端狭缝换热器的优化设计

冷热端换热器的优化对于提高气动分置式斯特林制冷机的性能至关重要。本文利用SAGE软件对斯特林制冷机进行优化设计,研究了冷热端狭缝式换热器的狭缝宽度、狭缝数量和翅片厚度对制冷机性能的影响。模拟结果表明,适当减小热端换热器的狭缝宽度和数量,可以有效提高斯特林制冷机的性能,冷热端换热器都存在最优的狭缝宽度和数量,同时,冷端换热器没有热端换热器的优化潜力大。

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。

大功率斯特林制冷机的整机数值模拟

应用低温制冷机整机模拟软件(SAGE)对一台"3LY—0.8/194"型斯特林制冷机开展了数值模拟研究,得到质量流率、工质压力以及声功、焓流等参数的变化规律,揭示了制冷过程中内部能量流的耦合作用关系。此外,基于回热器内工质的温度分布分析,发现该制冷机的部分回热器未得到有效利用,从而为即将开展的改进实验研究提供了思路。模拟结果显示该制冷机可以达到37.5 K最低制冷温度,在77.35 K能够提供1 044 W制冷量,输入PV功为9 416 W,相对卡诺循环效率达到30.2%。

20K温区单级斯特林型脉管制冷机研究

为进一步研究降低20 K温区单级斯特林型脉管制冷机关键部件中损失的方法,提高整机性能,采用计算软件Sage对制冷机进行模拟。通过实验结果与Sage计算的对比对模拟程序的有效性进行了考察,并从调相系统结构及水冷器结构方面寻找优化途径。结果表明,在单纯使用惯性管气库调相时,计算最低制冷温度比实验值低9 K左右;当采用双向进气与惯性管调相组合时,计算同实验结果基本一致。最后引入虚拟的振子阻尼调相机构对制冷机的最佳性能进行研究,计算表明在这种调相结构下,制冷机的无负荷制冷温度及30 K时的制冷量均可以得到比双向进气加惯性管组合调相更优的结果。

两级预冷J-T制冷机的数值建模与分析

针对SPICA太空望远镜采用的两级斯特林制冷机预冷J-T循环获得4 K级冷量而建立了Sage模型,并用文献中的实验数据验证,基于此模型分析高压压力PH与末级预冷温度Tpre[2]对系统性能的影响。从耗功的角度来看,降低Tpre[2]和适当升高PH有利于增大J-T级的制冷量,但Tpre[2]的降低使预冷斯特林制冷机耗功增大;而PH的增高不仅使J-T压缩机耗功增大,而且实现困难,制冷系统的优化要选择合适的Tpre[2]和PH以使总耗功最小。此外,对循环进行了分析。

导弹用小型低温制冷机的研究进展

导弹在现代化战争中占据着重要的地位,小型低温制冷机是导弹的关键技术之一,对于提高导弹的作战能力有着非常重要的作用。介绍了国内外应用在导弹上的J-T制冷器、斯特林制冷机等小型低温制冷机,提出了今后导弹用小型低温制冷机的发展方向。

气动分置式斯特林制冷机间隙密封优化

气体泄漏及间隙传热会导致制冷机性能恶化,因此间隙密封技术是气动分置式斯特林制冷机的一项关键技术。对三种不同间隙密封结构展开研究,搭建Sage模型分析结构参数对制冷机性能的影响,模拟结果显示:间隙高度H不仅影响泄漏率,还与穿梭损失及泵气损失相关;双段式间隙密封的密封1长度比例越大,制冷量越大。当长度比例及密封1、间隙1高度分别为0.7-0.3,10μm,500μm时,双段式间隙密封结构性能达到最优。与单段式间隙密封相比,双段式间隙密封结构的制冷量与COP提高9%和21%;与三段式间隙密封相比,双段式间隙密封结构简单,加工方便,因此在设计膨胀气缸与活塞间隙密封时,优选该结构作为斯特林制冷机密封结构。

室温温区自由活塞斯特林制冷机设计

自由活塞斯特林制冷机作为一种新型制冷技术,具有效率高、可靠性好、结构紧凑、环境友好等特点。目前,室温温区自由活塞斯特林制冷机存在回热器声功利用量少、出口声功大等问题,导致排出器反馈声功大、尺寸大,给加工工艺和实际应用带来困难。本文基于SAGE软件,对室温温区自由活塞斯特林制冷机的核心单元结构进行了设计。通过多级制冷流程,提高制冷的声功利用,同时探究排出器对制冷性能的影响,寻找减小排出器直径的有效方法。在以制冷系数为优化计算目标.限制排出器行程的前提下,得到了不同核心单元直径的三级自由活塞斯特林制冷机可实现的最小排出器尺寸。计算结果显示,总核心单元等效面积相近时,三级自由活塞斯特林制冷机的排出器面积可减小至单级的49%。即多级制冷机有效减小了排出器尺寸,推动自由活塞斯特林制冷机在室温温区的应用。

日本空间液氦温区低温技术的发展现状

介绍日本空间探测器中液氦温区低温技术的发展历程,大致可以分成3个阶段:超流氦杜瓦(湿法)、斯特林制冷机冷却超流氦杜瓦(半干半湿法)以及斯特林制冷机预冷J-T(Joule-Thomson)制冷机(干法).通过不断改进,制冷机的性能和可靠性稳步提高.日本依托一系列空间项目,用早期项目的经验为后续计划确定方向,在解决问题的过程中进步,可以为我国开发相关技术提供参考.