准二级高温热泵循环的性能分析及实验研究

为解决低温余热资源过剩与高温用热需求紧缺之间的矛盾,设计了一套基于准二级压缩的高温热泵机组,理论分析循环流程并进行优化设计,采用闪蒸器与回热器组合提高机组性能,开展了机组的性能实验,以制热量、制热COP、[火用]效率、冷凝压力、排气温度为性能指标,在冷凝器出水温度为85~120℃,蒸发器进水温度为50、60、70℃工况下,对机组性能进行分析。实测机组性能与理论计算结果吻合,蒸发器进水温度为49.8℃,冷凝器出水温度为118.1℃,机组制热量可达916.3 k W,制热COP为2.51,[火用]效率为46.3%,机组冷凝压力为1.8 MPa,排气温度为137℃,符合机组安全运行的要求。

空间脉冲管制冷机自适应主动减振控制技术

采用自适应主动减振控制器驱动制冷机压缩机,通过自适应窄带滤波控制算法使脉冲管制冷机50 Hz微振动力由0.21 N减为0.05 N,100 Hz微振动力由0.26 N减为0.04 N,150 Hz微振动力由0.9 N减为0.04 N,200 Hz微振动力由0.97 N减为0.02 N,250 Hz微振动力由0.69 N减为0.0 6 N。测试结果表明自适应主动减振控制对压缩机轴向前五阶具有明显的减振效果。

空间高温区自由活塞斯特林发电机工作特性试验研究

测试了不同冷端温度下,外负载、运行压力和加热功率对高温区自由活塞斯特林发电机的热端温度、电电效率、输出功率、频率的影响。研究结果表明,在同一冷端温度时,加热功率的增加使发电机的电电效率、输出功率、热端温度上升,而外负载、运行压力的增加则起相反作用;发电机的频率与外负载呈负相关变化,与运行压力、加热功率呈正相关变化。提升冷端温度使发电机的输出功率、电电效率和频率下降,热端温度上升。在三种不同冷端温度下,外负载、加热功率和运行压力对发电机输出特性的影响规律不变。经过测试,发电机在运行温区为495~1058 K时,最大输出功率103.681 W,电电效率20.5%。

紧凑型平板环路热管实验研究

环路热管因其紧凑、高效等优势在电子元件冷却方面十分具有应用前景。实验研究了一种紧凑型平板环路热管在不同工况下的启动特性和传热特性。结果显示部分低加热功率和充液率下的启动出现振荡,高加热功率和较高充液率有利于环路热管平稳启动。总结了温度振荡现象出现的工况范围。传热特性方面,存在一个最优充液率使热管散热性能最佳,这个最优充液率与散热负荷有关。低负荷时,最优充液率较低;高负荷时,最优充液率较高。

250 W空间自由活塞斯特林发电机模拟与实验研究

为建设高效的空间能源系统,利用Sage软件设计了一台250 W空间自由活塞斯特林发电机,并对其进行了模拟研究,然后搭建了实验系统对其性能进行了测试,并与模拟结果进行了对比,研究了关键参数对发电机输出性能和稳定运行特性的影响规律。研究结果表明,发电机的输出功率和效率随加热功率的增加而增大,随充气压力、配气活塞板簧刚度、配气活塞杆直径以及膨胀腔初始长度的增加而减小,而发电机的热端温度和运行频率随上述参数的改变则均呈现单调的趋势。经过初步的优化,该发电机的最高输出功率达到275.1 W,热电转换效率达到23.14%。

空间百瓦自由活塞斯特林发电机的实验研究

搭建了实验测试系统并对研制的百瓦自由活塞斯特林发电机进行性能优化实验,探究了板簧刚度、运行压力、外负载和冷端温度等因素对发电机输出功率、热电效率、运行频率、热端温度等输出特性的影响。结果表明:同一工况下,配气、动力活塞板簧刚度均存在最佳值使得发电机的输出功率与热电效率最高,运行频率对前者的变化更为敏感。运行压力和外负载的增加有效降低稳定热端温度,而冷端温度的提升则起相反作用。冷端温度的增加提升了发电机的整体运行温区,导致输出性能下降。经过实验优化,发电机在热端温度890 K,冷端温度298.5 K时,最大输出功率125.2 W,热电效率为25.4%。

大冷量同轴型脉冲管制冷机蓄冷器周向温度分布实验研究

针对一台液氮温区可产生100 W制冷量的脉冲管制冷机,通过控制变量的方法实验研究了工作频率、输入功率、冷头热负荷量对蓄冷器圆周方向温度分布和最大温差的影响。研究结果表明:工作频率的改变对蓄冷器的周向温度分布影响不大,增大输入功率导致蓄冷器的周向温度不均匀性明显变强,增大冷头热负荷量可以减小蓄冷器的周向温度不均匀性。

液氮温区25 W高频轻量化脉冲管制冷机调相实验研究

在轻量化的前提下实现大冷量制冷是脉冲管制冷技术发展的一个重要趋势。研制了一台整机质量仅5.7 kg的液氮温区同轴型高频脉冲管制冷机,介绍了其主要结构的设计参数与制冷性能。经惯性管调相优化,当热端温度为293 K、运行频率为74 Hz、输入功率为500 W时,制冷机可以在80 K温度下产生25 W制冷量。通过实验研究了压缩机效率、冷指的相对卡诺效率、冷指入口处质量流与压力波的相位差等随惯性管尺寸及频率的变化关系。分析表明,当压缩机最优工作频率与冷指最优工作频率接近时,整机效率最高,此时冷指入口处质量流领先压力波相位角30°。

自由活塞斯特林发电机启动特性实验研究

启动是开展自由活塞斯特林发电机实验研究的前提,为更系统研究发电机的启动特性,搭建相关实验测试系统并开展实验。发现发电机在激励过后,只有热端温度超过一定值才能成功启动,并以此定义发电机的启动温度。然后以启动温度为评价指标,探究充气压力,配气活塞板弹簧刚度等参数对发电机启动的影响规律。实验结果表明:随着充气压力增加,发电机对应的启动温度逐渐降低。配气活塞板弹簧刚度只有在一定范围内,发电机才能成功启动,并存在最优值。同时,减小外负载阻值以及通过串连电容增加系统的谐振都有利于发电机的启动。

平板微热管阵列应用于锂电池散热的数值模拟研究

本文将平板微热管阵列应用于锂电池散热,利用Fluent软件模拟电池单体及电池模块的温度场,结果表明:随着放电倍率的增加,电池产热量急剧增加,在自然对流条件下,电池单体以2C运行结束最高温度可达55.90℃;平板微热管阵列的应用可以有效降低电池模块温度和温差,电池模块以高倍率2C运行时,采用12根平板微热管阵列对称布置散热可使电池模块的最高温度降低12.34℃,温差减小3.81℃;微热管阵列对称布置可有效降低电池模块的温度不均匀性。

间隙密封高频往复运动活塞偏移特性研究

在间隙密封下的高频往复运动活塞组成的热力机械中,活塞平衡位置发生偏移的现象称为活塞偏移现象,这一现象普遍存在。对于线性压缩机和自由活塞斯特林发电机,活塞偏移将导致板簧容易断裂、输出效率下降甚至发生撞缸等严重后果。为研究间隙密封活塞偏移的内部机制以及其影响因素,建立间隙流场的流动泄漏模型,并通过数值模拟验证模型准确性。以百瓦级自由活塞斯特林发电机活塞的密封结构为研究对象,建立热力学和动力学耦合模型,分析间隙和外力对活塞偏移的影响规律。研究表明:一个周期内通过间隙的净泄漏量大于0是导致间隙密封活塞发生偏移的根本原因;在一定条件下,间隙和外力越大,活塞偏移越明显。

激光冲击和深冷处理对7050铝合金残余应力和力学性能的影响

研究了不同激光冲击处理后进行深冷处理以及补充低温回火处理对7050铝合金残余应力和力学性能的影响及其规律。结果表明,激光冲击能够显著提高7050铝合金的表面压应力至-260 MPa,而增加深冷-低温回火处理后表面压应力减小约23%。但合理调整激光冲击工艺参数,能够有效弥补深冷-补充低温回火处理对表面压应力的降低,其中,当激光冲击次数为3次时,增加深冷-补充低温回火后表面压应力可达-230 MPa。此外,与单一激光冲击处理相比,激光冲击-深冷-补充低温回火处理后铝合金基体、表面之间的硬度得到均匀化。深冷处理能够促使激光冲击后铝合金试样表面变形加剧,同时晶粒得到进一步细化并且亚晶界增多,使7050铝合金的强度提高。

直线压缩机用多孔质气体轴承的仿真与实验

采用气体轴承的主动耗气技术可以实现直线压缩机的无油润滑和非接触运行,以保证运行可靠性。为研究多孔质轴承的结构参数和压缩机设计参数对耗气量的影响,本文以R600a为制冷工质,建立多孔质气体轴承模型,利用Fluent对耗气量进行仿真模拟计算,基于该模型模拟分析了多孔质材料厚度、间隙气膜厚度、排气压力、压缩机频率和排量占比对气体轴承耗气量和耗气率的影响,并通过实验测试验证了该模型的准确性。结果表明:气体轴承耗气量的仿真结果和实验测量的误差在±15%以内。根据耗气率给出了最佳的设计参数组合,为直线压缩机用多孔质气体轴承优化设计提供了参考。

具有相变的三介质换热器的分析

具有混合能源的暖通空调与制冷(heating,ventilation,air conditioning&refrigerating,HVAC&R)系统通常需要在3种或多种流体之间传递热量。三介质换热器能满足多流体换热需求,在该领域具有应用前景,其优化具有重要意义。对于具有相变的三介质换热器,现有的热阻定义不能很好地发挥作用,而最新提出的[火积]理论提供了另一种方法。本文采用分布参数法建立了翅片管三介质换热器的仿真模型,并用实验结果进行了验证。此外,还推导了三介质换热器中基于[火积]耗散的的热阻。根据传热量和理论,分析了不同结构和空气流量下的三介质换热器的换热性能。结果表明,采用基于[火积]耗散的热阻作为评价标准与采用传热量为评价标准相比,改变管路排布方式获得的优化结果不同,改变管径或风量获得的优化结果相同。以基于[火积]耗散的热阻为标准,考虑不同流体侧之间的传热和压降的匹配,以获得最佳的管路排布方式。本文的实验结果有利于制冷空调系统中三介质换热器的优化以及[火积]理论新应用领域的拓展。

高热流密度元器件冷却用液冷板的研究及优化

微通道液冷板在高功率密度元器件散热上广泛使用,对板面温度均匀性提出了更加严格的要求。本文以提升液冷板板面温度均匀性为目的,设计了一个同侧单进口、出口的全铝材质的微通道液冷板,在热流密度为300 W的情况下,测试其使用单相水和相变工质冷却的板面温度最大温差分别为2℃以内和2.6℃(R236fa)。为了进一步提升温度均匀性,在初步流道设计方案的基础上提出单进口多出口的流道优化设计方案,并从仿真和实验两方面验证了优化方案的有效性,实现了使用R236fa工质相变冷却后板面温度最大温差可以控制在2℃以内。

基于余热回收的电动客车喷射补气热泵的制热性能

根据电动汽车热泵在低温下的制热需求并延长车辆行驶里程,开发了车外换热器支路和余热换热器支路并联的余热回收系统并进行了制热性能试验研究。试验结果显示,对于并联余热回收支路的喷射补气式热泵系统,补气支路压力和补气流量均随着余热量的增加而有明显的提升,而吸气主路流量受余热换热器出口过热度的影响。车外换热器支路和余热换热器支路的流量比也呈线性关系,流量比斜率与余热换热器出口相态有关。并联余热回收喷射补气热泵系统的制热性能随余热量的变化受压缩机吸气量和补气量这两个因素的共同影响。在7℃相对较高的环境工况下,余热量的增加有利于制热量的提升但COP没有优势;在−20℃较低的环境工况下,余热量的增加使得补气流量增长较大,但吸气流量衰减严重,对系统的制热性能提升不明显;在−10~0℃的环境工况下,制热量和COP都随余热量的增加而提升较大,−10℃时,1.8 kW余热量条件下的制热量比0.9 kW余热量条件下的制热量增加了11.6%,COP提升9.18%。

关于一种高纯铝冷链传热性能的试验研究

针对一种高纯铝冷链进行了设计,并对其传热能力开展了试验研究。搭建了试验验证平台及测试系统,实际测试了结构两端的温度差,并对该结构的传热特性进行了计算,同时对该结构力学特性进行测试。得出结论:该类耦合结构热导率在40 K温区可以达到950 W/m·K,适用于远距离布置和重量要求较高的场合。

小长径比脉冲管制冷机重力影响的实验研究

为了进一步探究重力对于小长径比脉冲管制冷机地面测试的影响,搭建了重力特性研究试验台,测试了不同输入功率下各角度的制冷机性能。实验结果表明,制冷机在角度为135°—150°时制冷能力最差。随着输入功率的增加,角度变化对于脉冲管制冷机的影响变小,相同角度下温度、输入功率和电流的波动值变小。

制冷剂充注量对微型制冷系统性能影响的实验研究

基于高温环境中人体散热需求,本文设计并搭建了一套空调服用蒸气压缩式微型制冷系统,并设计实验定量测试了制冷剂充注量对系统性能的影响,分析了不同制冷剂充注量下系统水浴平衡温度、蒸发/冷凝压力、压缩机吸/排气温度以及系统热力学完善度的差异。实验结果表明:空调服制冷系统充入过少的制冷剂时,如20 g或30 g充注量工况下,系统性能极差,几乎不能达到稳定,而过多的制冷剂充入也会使系统性能下降;制冷剂充注量存在一个最佳值,本系统采用制冷剂为R134a的最佳充注量为60 g,该充注量下系统的性能最好,热力学完善度最高,在制冷量为400 W时系统的热力学完善度达到0.51。

果蔬冰温冷柜研制及保鲜实验研究

冷柜作为冷链的末端装备,其内部温度的均匀和波动影响着果蔬贮藏品质。冰温贮藏可很好抑制采后果蔬的呼吸代谢和后熟衰老,延长果蔬贮藏期。本文研制了精准控温的果蔬冰温冷柜,并对草莓、青枣、桑葚等水果进行了冰温保鲜实验研究,实验结果表明冰温冷柜可延长水果的贮藏期。