空间自由活塞斯特林发电机气体轴承研究

自由活塞斯特林发电机具有可靠性高,使用寿命长,可适应多种形式的热源等优点,在深空探测和探月工程领域具有广泛的应用前景。气体轴承技术作为发电机的关键技术之一,可使活塞实现无接触的支撑,并做高频往复运动,从而提高发电机的可靠性。为了研究发电机在实际运行过程中气体轴承的特性,建立了气体轴承耦合间隙密封的三维计算模型,通过CFD数值模拟对流场进行了求解,分析了在交变流动下气体轴承承载力以及耗气量的变化规律,发现随着压缩腔的压力变化,气体轴承提供的承载力呈周期性变化趋势,承载力与供气压力及偏心率呈正相关关系。增大气体轴承节流孔孔径,可使承载力变大,但一个周期下的耗气量将增多。对于所研究的千瓦级发电机,动力活塞采用直径为0.1 mm的节流孔,在交变流动下,气体轴承最小可以产生1200 N/mm的径向支撑刚度,符合设计需求。

-30℃电动汽车补气式CO_(2)热泵制热性能实验研究

为提高极寒环境下电动汽车热泵的供热性能,搭建了二次节流闪发的中间补气式CO_(2)热泵实验台架,并开展了车外-30℃工况下的制热性能研究。实验结果显示,车内进风温度20℃时,无补气系统的排气温度达到176.1℃,通过中间补气排气温度降低了30.7℃,且制冷剂总流量的增加与气冷器侧压力的升高使制热量和COP分别提升了74.1%和43.9%。控制车内进风温度由0℃升高至20℃,补气系统的出风温度从11.9℃升高到32.7℃,但制热量降低了3%,系统能耗增加了43.2%,COP从2.14下降到1.45。随着进风温度的升高,补气热泵循环逐步从亚临界变为跨临界,排气温度和压力均增大,但排气焓值基本不变。

电动汽车热管理技术研究进展

电动汽车热管理技术是驾乘安全与舒适的重要保证,是电动汽车发展的核心关键技术之一。本文从电动汽车热管理需求、发展历程以及关键零部件技术发展几个方面,梳理总结了电动汽车热管理技术的研究现状与发展趋势,并进一步从环保制冷剂替代,智能化控制与乘员舱舒适性提升方面对电动汽车热管理未来技术发展进行了阐述与展望,以期为业内同行提供参考。

空间吸附制冷技术的研究进展

吸附制冷机具有工作寿命长、无运动部件、不会产生振动、可靠性较高、无电磁干扰的特点,是未来空间制冷技术中最重要的制冷技术之一。介绍了美国和欧洲空间吸附式制冷技术的发展和研究热点,结合中国深空探测对低温制冷技术的需求提出了发展空间吸附制冷技术的建议。

电动客车用余热回收型热泵的换热器优化及性能实验研究

本文针对热泵空调系统在冬季低温工况下制热能力衰减问题,通过换热器设计优化,研发出基于喷射补气的余热回收型热泵空调系统,并进行了性能实验研究。结果表明:研制的准二级压缩电动客车热泵空调系统在低温条件下具有较好的制热性能。在环境温度为-20℃,车内温度为20℃,余热量为1.8 kW的制热工况下,相比于无余热回收工况,系统制热量和COP分别提升了33.15%和9.94%;在环境温度为35℃,车内温度为27℃的制冷工况下,电池散热量为2.0 kW时,相比于无电池冷却的单级压缩系统,优化后的电动客车热泵空调系统的总制冷量和COP分别提升了4.58%和3.72%。

脉冲管整机条件下回热器交变特性实验研究

搭建脉冲管制冷机动态参数测试实验台,在脉冲管制冷机整机运行条件下对处于实际温度梯度的回热器进行了动态速度以及动态压力测试。为了测量回热器冷端的动态速度,研究针对低温侧的热线探针进行了低温条件下的标定。实验测量了充气压力3 MPa、运行频率40—60 Hz、冷端温度100 K工况下回热器的相位特性以及阻力特性,并得到了整机运行条件下回热器阻力系数经验公式。研究结果表明,随着频率的提升,回热器冷热端速度-压力相位差增大,相同雷诺数下的阻力系数增大;随着温度降低,相同雷诺数下的阻力系数增大,并且在低雷诺数下变化更加明显。该研究结果是在回热器实际工作条件下测量得到,能够为脉冲管制冷机中的回热器模拟计算以及回热器热力学分析提供必要的数据支持。

Tm：YAG激光器在低温下的激光特性实验研究

研究了采用激光二极管(LD)侧面抽运Tm:YAG的激光器的低温输出特性。实验利用液氮杜瓦装置对Tm:YAG晶体进行冷却,最低温度达到了78.2K。采用平凹腔结构,采用中心波长785nm的激光二极管为抽运源,当LD注入功率为60W,晶体工作温度为80K时,获得了14.2W的连续激光输出,光)光转换效率为23.67%。实验测试了在相同泵浦功率,不同温度下Tm:YAG晶体的激光输出功率。

线性压缩机油泵的性能分析与实验研究

线性压缩机是由线性电机直接驱动活塞作往复运动的新型压缩机,由于线性压缩机的结构特殊,传统的润滑方式并不适用。针对线性压缩机设计出一种自由活塞式振动的油泵,介绍了其结构特征及工作原理,并用MATLAB模拟分析和实验研究了油泵参数和外界因素对质量流量的影响。

单侧弹簧线性压缩机可行性实验研究

对一种新型单侧弹簧动磁式线性压缩机的样机进行了空气压缩实验研究,验证了其可行性。通过实验结果可以看出,单侧弹簧线性压缩机具有利用压缩气体作为气体弹簧来减少谐振弹簧的用量,同时减少压缩机运动部件质量,实现线性压缩机轻型化的优点。同时实验结果还表明,在一定的排气压力下可以通过控制电压值来让压缩机活塞达到上死点位置。

制冷用无油线性压缩机中排气阀动态特性实验研究

基于实验室自行研制的无油线性压缩机搭建了研究排气阀片动态特性的实验装置。通过改变吸排气压缩比、阀片厚度和压缩机运行频率,测量了压缩机的排气阀的运动特性,探究了影响排气阀动态特性的主要因素。实验结果表明,较高的压比使得气阀排气压损增加;提高运行频率虽然减小排气损失,但同时会增大泄漏量。阀片刚度较小时会增大排气腔向气缸的泄漏,刚度较大时增大排气损失。

25 K单级斯特林型脉管制冷机设计与实验研究

为使单级斯特林型脉管制冷机在该温区获得应用,设计了一台单级斯特林型脉冲管制冷机,其调相方式采用惯性管、多路旁通、双向进气三者联合调相。利用低温制冷机模拟软件Sage的模拟结果,分别对两段回热器及3种调相机构进行了指导设计。在压缩机最大扫气体积小于0. 01 L情况下,制冷机在输入功率250 W时,最低无负荷温度能够降至24. 1 K,在30 K能够提供大约0. 58 W的冷量,达到了初步的实验预期目标。

层流化元件对脉冲管制冷机性能影响的实验研究

分析了射流对制冷机性能的影响机理,并设计了一种锥形挡片,将其作为同轴型脉冲管热端的层流元件。并通过实验研究了该层流元件与传统丝网式层流元件等对制冷机性能的影响规律。结果表明,合适的层流元件能够有效抑制射流,提高制冷机的效率。其中采用铜挡片与铜丝网组合的方式,层流化效果最好,制冷机性能最佳。该脉冲管制冷机在250 W输入电功下,最高可以获得11.2 W@80 K的制冷量。

35 K深低温制冷与热传输集成系统研究

深低温系统在天文观测和深空探测等空间应用中具有重要作用。降低制冷温度有利于提高探测系统的测量精度,获得较高的信噪比。设计研制一种基于脉冲管制冷机(PTC)和深冷环路热管(CLHP)的集成系统,连接部分采用一体式耦合设计,消除了系统安装界面,减小了界面热阻。采用两台35 K脉冲管制冷机,分别作为两套35 K氖工质深冷环路热管的热沉,热管蒸发器可以为同一个探测器耦合,实现系统的备份冗余设计。为了减小周围环境的寄生漏热,设计了低温铜质冷屏,冷屏热沉采用80 K脉冲管制冷机。集成系统的环路热管可以实现约2 W的热量传输,最大传输距离510 mm,为我国未来深空探测技术提供了技术支持。

无油直线压缩机动态特性实验研究

成功研制了1台蒸气压缩制冷系统用的无油线性压缩机,基于无油线性压缩机在不同工况进行实验研究,分析不同压比和行程下吸排气压力对压缩机工作特性的影响。结果表明,压缩机的谐振频率受到活塞行程、吸排气压力的共同作用。随着排气压力的升高或吸气压力的降低以及行程的减小,谐振频率会逐渐增大。在排气压力不变,压缩比从2增加到4时,随着吸气压力的降低,压缩机的输入功率和流量、容积效率逐渐减小;在吸气压力不变,压缩比从2增加到4时,随着排气压力的升高,压缩机的输入功率逐渐增大,流量和容积效率随之减小。

柱面压缩液氮低温靶的设计与实验研究

研制了柱面加载压缩的液氮温区低温靶,该低温靶以液氮为冷源将样品室冷却到所需的温度,并保持该温度,然后对注入的样品气体液化,为柱面等熵压缩提供条件。根据加载方式和保温时间要求确定了低温靶的初步结构和尺寸,在此基础上分析计算了靶体的漏热、样品室的温度分布和保温时间,对结构尺寸进行优化。在自行搭建的实验台上对柱面压缩液氮低温靶的漏热、降温、温度调控及不同环境条件下的保温特性、样品气体(氩气)液化过程的温度变化进行了试验。试验结果表明:柱面压缩液氮低温靶的温度可在一定范围进行调节控制;借助样品室顶部针阀内部的温度计,结合分批充注样品气体的方法可以很好地观测样品室液体充满状况;成功地将氩气液化,充满样品室;断开冷源和真空泵后,样品室温度可以维持93 min。

无油线性压缩机变容量制冷性能实验研究

无油线性压缩机具有结构简单紧凑、效率高和寿命长等优点,在航空航天热控领域具有巨大的发展潜力。针对实验室研制的无油线性压缩机进行变容量制冷性能研究,分析行程和余隙容积变化对压缩机的制冷性能受的影响。实验结果表明,在冷凝温度为48℃,蒸发温度为10℃,热沉温度维持15℃,行程从6.5 mm增加到8.9 mm时,压缩机的制冷量会随行程的增大而增大。在行程为8.9 mm时,最大制冷量为180 W;系统的COP和压缩效率会随着行程的增大先增大后减小,在行程为7.9 mm时,具有最高COP和压缩效率,分别为1.78%和30.6%。在冷凝温度为55℃,蒸发温度为10℃,热沉温度稳定在15℃,系统的余隙长度从0.1 mm增加到1.1 mm时,随着余隙长度的增加,压缩机的制冷量、COP和压缩效率会逐渐降低。电机效率会随着余隙容积的增加先升高后降低,在余隙长度为0.9 mm时,电机效率为78.4%。

低能同步辐射CCD冷却系统设计与实验研究

根据低能(LE)同步辐射电荷耦合元件(CCD)器件冷却要求设计了一套方便拆装的冷却系统,并且通过漏热计算选择了配套的脉冲管制冷机。分析模拟了CCD器件表面及其安装底板的温度均匀性。对关键部件制冷机性能进行了测试,得到不同功率下的降温曲线,采用组合控温方式能够方便调节CCD器件至指定温度,在控温仪的自动控制下达到较高的控温精度。冷却系统工作温度范围为-100℃至室温。

热电一体化微型空间堆堆芯物理方案设计

热电一体化微型空间堆将堆芯和斯特林热电转换单元集成布置于压力容器内,具有热电转换效率高、结构紧凑、功率密度高及安全性好等特点。本文采用蒙特卡罗程序MCNP对热电一体化微型空间堆进行精细建模,通过合理选取燃料种类、反射层尺寸及控制鼓参数,优化了堆芯物理方案,初步分析了堆芯的中子学特性。结果表明,优化后的热电一体化微型空间堆堆芯满足掉落事故临界安全、动态反应性及运行寿期要求,具有足够大的控制鼓价值及功率分布均匀合理等特点。

冷原子腔体的设计与实验研究

为满足冷原子的各类量子实验,设计了用脉冲管制冷机冷却的冷原子腔体。采用ANSYS软件建立了冷原子腔体低温组件模型并进行热模拟,得到其整体的漏热主要是通过低温组件和真空罩内壁的辐射换热,并分析了接触热阻对于样品腔均温性的影响。同时开展了超真空低温条件下的测量实验,分析并改进铂电阻温度计不同安装方式对于测温的影响,实现了低温条件下温度计的绝缘、粘接和测量,同时验证了模型的准确性,最终得到均温性小于10 mK,真空度达到10^(-8)Pa的冷原子腔体系统。

基于PID控温的脉冲管制冷机性能自动测试实验研究

介绍了脉冲管制冷机的PID控温程序及其测试结果。该控制方法是在实验室已有的脉冲管制冷机测试与控制系统中引入PID控温后建立的。实验结果表明,PID控温能方便测量脉冲管制冷机在规定温度和制冷机输入功率条件下产生的制冷量,测量在规定温度和制冷量下的制冷机输入功率。温度控制稳定性达到±0.02 K,远优于普遍要求的±0.3 K。实现了更精确的制冷性能测量,新方法可取代原有的插值方法和手动调节控温测试法。