微型高压空压机动力学优化设计

随着高压空气作为新型清洁动力源和冷却源的应用越来越多,微型高压压缩机便成为该领域研究的一项重点。传统的压缩机经验设计方法很难满足所有设计要求的最优方案。在传统热力设计的基础上,充分考虑压缩机的动力平衡特性,以各级缸径为主要设计变量,以各级气体力合力为优化目标开展多目标多变量优化研究。经过动力学优化设计,压缩机各级气体力相比传统设计更加均衡。气体力合力最大值降低了18.4%,合力的波动幅值降低了56.1%,同时指示功率也降低了4.2%。

基于CFD的微型无油滚动转子压缩机泄漏分析和结构优化

采用CFD仿真软件PumpLinx,对应用于300W冷量的微型制冷系统中的滚动转子压缩机的工作过程进行仿真,在保证排量不变的情况下,通过改变微型滚动转子压缩机的偏心率和相对气缸长度,探讨微型滚动转子压缩机容积效率、等熵效率的变化规律,寻找微型滚动转子压缩机最佳设计结构参数的取值范围,为微型无油滚动转子压缩机的设计提供参考。研究结果表明:压缩机的容积效率和等熵效率随偏心量的增大而减小,针对研究的2cm3的压缩机,偏心率为0.24左右时可获得较好的容积效率和等熵效率。考虑到尽可能缩小气缸尺寸,微型无油滚动转子压缩机的相对气缸长度可以控制在0.5左右。

基于滚动转子压缩机微型制冷系统的研究进展分析

相较于传统制冷系统设备,微型制冷系统具有体积小、质量轻、高集成等优势,目前主要被应用于空调服、便携式冷却设备以及集成电子散热等领域。目前随着传热理论的完善以及高精度工业制造水平的提升,近年来不断涌现与微型制冷系统相关的研究成果。针对微型制冷系统在现实中不同场合的应用,蒸气压缩式制冷系统的工作原理,对3种主流制冷系统进行概述,主要围绕蒸气压缩式微型制冷系统展开叙述;结合近年来国内外的研究成果,归纳目前蒸气压缩式微型制冷系统的发展现状;对近年来微型滚动转子式压缩机研究成果进行总结。最后论述微型制冷系统与微型滚动转子式压缩机在现阶段发展仍存在的问题,同时展望未来两者的发展趋势与方向。

微型制冷系统的熵产模型及分析

介绍了微型制冷系统的研制及熵产模型,分析了随着制冷系统尺寸的减小系统中各个部件熵产率的变化情况。制冷系统尺寸减小以后,压缩机内的熵产率及系统内不可逆热传导引起的熵产率增加;而换热器内由温差引起的熵产率减小,由摩擦引起的熵产率增加。对于微型制冷系统,提高微型压缩机的加工精度及减少系统内部热漏是系统成功运转的关键。

主动式冷却系统微型化发展现状

常规的制冷系统在一些特殊场合下不能用作消除热害的理想解决方案。得益于微系统工艺和微尺度传热传质理论的不断完善,以蒸气压缩系统、吸收式系统和热电系统为代表的主动冷却系统在微型化和轻量化方面取得显著进展。文中基于国内外最新文献分别介绍了这三种主动冷却系统的优、缺点及发展现状,通过实例对比说明蒸气压缩系统具有较大发展潜力,就制约蒸气压缩系统微型化的主要问题,如能量源、微型压缩机研究等展开讨论,最后以这几种制冷方式的未来展望作为结论。

基于MEMS技术微型蒸汽压缩式热泵的研制

利用微电子机械系统技术,基于无排气阀微型三角转子压缩机的优化设计,研制了微型蒸汽压缩式热泵的样机.考虑了压缩机与动力系统的匹配问题,对微型空冷冷凝器、微型蒸发器及毛细管长度的匹配进行了实验研究.研制的微型热泵重4 kg,几何尺寸为260 mm×250 mm×120 mm,可以产生约300 W的制冷量,制冷系数cCOP达2.0以上,采用高效锂离子电池作为动力,可持续稳定运行90 min.

基于Hilbert变换的全封闭压缩机转速测量

近年来,制冷工业对制冷压缩机转速的测量精度要求日益增加,传统的直接测量法对压缩机本身都具有破坏性,而基于外壳振动的间接测量方法,对测试条件要求高,且测量误差较大。为提高测量精度,满足工业需求,提出一种基于Hilbert变换的信号提取方法,针对压缩机的活塞运动规律和感生电动势变化间接反映的压缩机转动特性进行信号提取。该方法精确度高、抗干扰强。与可视压缩机直接测量对比,其转速误差小于2r/min。

便携式蒸汽压缩制冷系统的熵产分析

介绍了基于微电子机械系统(MEMS)所研制的便携式制冷系统,并分析了随着制冷系统尺寸的减小系统各个部件熵产率的变化情况.尽管没有对熵产做定量评价,但是可以得出压缩机是便携式制冷系统中最难微型化的部件,便携式制冷系统成功运转的关键就是微型压缩机的研制,而且必须尽量减少蒸发器的冷量损失.

小型空压机直接驱动型气动位置控制系统

提出了一种新型的气动位置控制系统,它主要由小型空压机、ON/OFF电磁阀和气缸组成。通过直接驱动小型空压机和ON/OFF电磁阀来实现气缸的位置和速度控制。叙述了该小型空压机的结构组成、工作原理及特点。通过试验验证了该气动位置控制系统的有效性。

天然气变频涡旋压缩机的性能研究

采用变频涡旋压缩机为微型燃气轮机提供天然气,搭建了供气系统的试验台,开发了涡旋压缩机的测试与数据采集/分析系统,对涡旋压缩机的各部件及系统进行了优化,并对采集的数据进行了详细的分析,获得了有关天然气变频涡旋压缩机运转的详细情况.数据分析结果体现出变频涡旋压缩机的高效率和低振动优点,同时高质量地完成了系统400 h的寿命试验,表明天然气变频涡旋压缩机供气系统安全可靠,完全满足设计要求,进而为变频涡旋压缩机在天然气压缩中的应用提供了理论和试验依据.

小型动磁直线电机驱动压缩机研究

建立了小型动磁直线电机压缩机运动理论模型,数值分析结论与实验结果验证了样机的磁路设计,获得了13.0N/A的电机比推力,电机理论效率为78%。压缩机与冷指为Φ10的气动膨胀机进行匹配试验。获得压缩机的最佳工作频率48—50Hz,电机效率71%,电机效率比理论值小7%。

基于PIC单片机的小型空气压缩机控制装置

使用PIC单片机构成小型空气压缩机的控制装置,文中给出了该控制装置的硬件电路和程序框图,并详细地叙述了工作原理。

空间脉冲管制冷机的热力学第二定律分析

利用数值模拟的方法对空间用微型脉冲管制冷机进行了热力学第二定律分析。计算结果表明 :脉冲管制冷机中蓄冷器是产生不可逆损失最大的部件。小孔型到双向进气型脉冲管制冷机性能改善的原因在于 :通过蓄冷器中的气体量减少 ,压缩机连管、蓄冷器和冷端换热器中的不可逆损失减小 ,直接降低了压缩机的功耗 ;同时 ,蓄冷器中气体和固体之间的换热改善 ,减少了因蓄冷器中不完全换热而带来的制冷量损失 ,因而使得制冷量增加。计算结果表明 ,微型脉冲管制冷机从小孔型变化至双向进气型时 ,卡诺效率从1 4%提高到了 1 6 9%。

微型压缩式热泵制冷系统的研究进展

微型热泵制冷系统具有体积小、质量轻的优点,可以实现在特殊空间环境条件下的冷却,但存在微加工工艺复杂、系统效率低等问题。本文对微型热泵制冷系统的研究现状进行了较系统的文献检索,总结归纳了有关压缩式微型热力循环以及核心部件微型压缩机的最新应用与研究进展,分析讨论了与常规尺寸热泵制冷系统相比,微型系统所具有的主要热力学特征和规律以及影响其性能的主要因素;介绍了微型压缩机具有增压比大、结构简单、密封性好等优点,以及加工难度高、稳定性较低、噪声较大等缺点,指出了微型压缩机的振动和噪声应是个体微环境制冷需要关注的方向。针对国内外有关压缩式微型热泵制冷循环研究现状,提出了相关研究的未来发展趋势以及与可再生能源,如太阳能结合应用的可行性。

微型压缩机驱动的微型混合工质J-T制冷器实验研究

为研究微型混合工质节流制冷器的降温性能,搭建了微型压缩机驱动微型混合工质节流制冷器的制冷系统,并得到了初步实验研究结果。采用Aspen微型压缩机驱动微型J-T节流制冷器,应用混合制冷剂实现深度制冷。微型J-T节流制冷器采用微小通径的不锈钢毛细管制作,其通道特征尺寸为0.3mm。初步实验表明,微型J-T节流制冷器达到了180K温区。由于采用微型压缩机驱动,系统结构紧凑,可在便携生物储存设备、低温医疗以及电子器件冷却等领域应用。

微型高压压缩机效率的数值分析

斜盘压缩机具有结构紧凑、噪声低以及高速稳定等特点,将其进行微型高压化并应用于天然气、红外冷却、潜水呼吸和气动弹射等高要求领域具有独特的优势。根据斜盘机构的结构和运动特性,结合多级压缩理论,确定微型高压斜盘压缩机的关键结构参数,在此基础上,建立起气缸内进气、压缩、排气以及膨胀4个过程的数学模型,对微型高压斜盘压缩机的各级气缸内的压力曲线进行数值模拟,绘制出气缸工作过程的指示图,研究不同转速对气缸压力变化的影响,进而分析其对等熵效率和容积效率的影响,为提高压缩机的整体效率提供理论依据。

直线电机驱动的微小型活塞压缩机特性分析

讨论了微小型化的直线电机驱动的活塞压缩机特性。运用电磁场有限元方法对直线电动机电磁场模型进行求解,分析了电动机内部的磁场和磁力线分布情况;建立了电动机动子动力学模型和驱动电路模型,得到系统的运行方程组并对其求解,根据计算结果对压缩机的驱动力、活塞行程、绕组电流和频率特性等进行了分析,同时就余隙容积和泄漏对这种微小型活塞压缩机的影响进行了探讨。结果表明直线电机驱动的微小型活塞压缩机在理论上是可行的,有进一步研究、优化的必要。

微小型对置式线性压缩机特性分析

讨论了一种微小型对置式线性压缩机的特性。运用有限元方法对Halbach结构圆筒型永磁直线电机电磁场模型进行了求解,分析了电机内部磁场和磁力线分布情况;以动力学、热力学、电磁场理论为基础,对压缩机系统运行模型进行了仿真求解,分析了其运动特性。同时,就余隙容积和泄漏对这种微小型线性压缩机的影响进行了探讨。

余隙容积对微型高压压缩机容积效率的影响

余隙容积的合理设计是保证压缩机正常工作的必备条件。相较于传统的高压压缩机,微型高压压缩机体积小、结构紧凑,活塞行程短且高压级活塞的直径较小,因而其工作性能对余隙容积更为敏感。为研究余隙容积对微型高压压缩机各级工作腔容积效率的影响,在微型高压压缩机关键结构参数和压力参数的基础上,结合能量和质量守恒定律、气阀运动以及活塞运动规律,搭建了工作腔热力学仿真模型。分析不同余隙容积下各级工作腔内气体压力、质量的瞬态变化过程,得出各级工作腔内容积效率的变化规律,从而为微型高压压缩机缸体和气阀关键结构参数的设计和优化提供指导意义。

Development and experimental study of a miniature vapor compression refrigeration equipment

A miniature vapor compression refrigeration equipment prototype was developed for a range of microclimate control applications, including man portable cooling and distributed space conditioning. The miniature refrigeration equipment has dimensions of 260 mm × 250 mm × 120 mm, and weighs approximately 2.85 kg. The optimal motor and its transmission ratio, the optimal dimension of capillary tube and the optimal quantity of refrigerant charge were obtained by matching and operating performance experimental study. Experimental results show that the miniature refrigeration equipment can provide 300 W cooling, and its COPc is above 2.0.