超低温离心式冷压缩机通流部分设计与分析

冷压缩机设计目标总压比为15,设计为三级串联运行,设计压比分别为3.2,2.5,1.875,压缩工质为超低温负压氦气。通过气动计算与模拟优化,得到了合理的三级冷压缩机各级转速与各项几何参数。通过CFD模拟计算,得到了三级冷压缩机在设计工况下的流量、压比和等熵效率值。并以第一级为例,对压缩机内部模拟流场进行了分析,表明设计冷压缩机内部流场压力分布均匀,没有出现较大的流动分离与激波。通过对各级冷压缩机选取大量工况点进行模拟计算,得到了各级的预估工作性能曲线。结果表明,各级的设计都满足流量范围随级数增加而增大的要求,且各级目标工况处都在该级的高效区范围内,能够满足设计目标。     

高温超导轴承转子系统在不同场冷偏心距下的动力学分析

高温超导轴承用超导材料在冷却过程中处于场冷状态,俘获磁通的存在使高温超导轴承具有自稳定性。场冷高度影响轴承的钉扎力,从而产生不同的刚度,最终导致整个轴系的转子动力学变化。本文以冷压缩机为应用背景,基于实验测量得到YBCO在不同场冷高度下的刚度值,利用有限元分析软件Ansys,得到设计轴系的模态频率和主轴振幅。结果表明,由于场冷偏心距的存在,导致高温超导轴承合力比不偏心时大,从而改善了转子的动力学特性。     

冷压缩机温度场仿真及其冷却参数优化分析

为明确冷压缩机整机温度场分布,寻求最优冷却设计参数,本文以理化所自主研制的冷压缩机为背景,对冷压缩机进行传热与温度场分布分析。基于流体力学与传热学基本理论建立了涵盖整个冷压缩机的物理模型进行仿真计算。在此基础上,通过CCD(中心组合设计)采样,结合最小二乘法构建系统温度场等各变量的二阶响应面近似模型。随后以向叶轮传热最小与转子焊缝处平均温度最高为优化目标,采用多目标遗传算法对整机冷却参数进行优化,探求最优Pareto解组合方案。研究结果表明:冷压缩机内部负压氦气流场复杂,转子散热能力较差,冷却参数对冷压机温度场分布影响较大。优化得到冷压缩机最优冷却参数,并发现铜热锚结构有较大优化空间,为以后冷压缩机设计加工提供必要依据。     

大功率高压多级离心转子动力学分析

随着高压离心泵大型化的发展趋势,在设计过程中,除了水力学性能外旋转轴系的振动及稳定性也是需要重点关注的问题,其中湿临界转速的计算问题尤为突出。与一般水泵不同,在进行转子动力学分析时单考虑轴承对转子的支撑作用是不足的,由于高压离心泵级间环行密封与平衡机构的设计,在这些地方存在由于间隙两端存在高压差而引起流动,当泵轴偏离平衡位置时由于这些间隙流动会产生很大的回复力作用在泵轴上。而大功率高压多级离心泵一般是卧式的,而级间密封环位于两个径向轴承之间,因此对其进行转子动力学分析时还要考虑级间密封间隙流动。     

魔角旋转固体核磁共振探头中转子的研制

转子作为魔角旋转（MAS）探头一个至关重要的部件,是固体样品高速旋转的载体,被广泛应用于各种固体核磁共振（NMR）实验.但国内关于MAS转子的研究极少,以至其长期被国外市场垄断.本文通过对MAS转子的深入研究,设计了常规的4 mm MAS转子;并对MAS转子进行了流固耦合仿真,分析其应力应变大小;同时进行了模态仿真,确定了MAS转子的各阶振型及临界转速;最后制作了转子,进行了转速测试和固体NMR实验.结果表明,本文设计和制作的转子能在14 kHz转速下正常运行,并在4 kHz及12.5 kHz转速下采集了金刚烷标样的¹H NMR信号,结果表明该转子能满足常规固体NMR实验的需求.     

变频制冷压缩机的匹配研究

针对空调用变频制冷压缩机的变转速运行条件,提高变频制冷压缩机在空调工况下工作的热效率。文中分析了变频制冷压缩机的实际运行特性,提出了一种优化匹配方法。利用Matlab的优化工具箱对某一房间空调器用滚动转子式制冷压缩机进行了优化匹配计算,总结出可以在一定范围内使用的经验算法。     

磁流变液阻尼器在转子振动控制中的应用

设计了一种转子振动控制用的剪切式磁流变液阻尼器,建立了磁流变液阻尼器－悬臂转子系统的分析模型,理论和实验研究了转子系统的不平衡响应特性。研究表明,随着施加磁场强度的增加,磁流变液阻尼和刚度增大,转子系统的临界振幅明显下降,系统的临界转速也明显提高。通过简单的开关控制,可抑止转子通过临界转速过程中的振动。     

基于动力学性能的超高速摄影仪转镜的设计

为探索超高速摄影仪转镜的设计,提出了系统性的转镜动力学性能设计理论和方法。结合静力学和动力学理论,利用有限元分析软件对初始设计的转镜进行静强度、模态、谐响应、固有频率灵敏度进行数值分析,并对数值分析结果进行试验验证,根据分析结果反复修改相应的转镜的结构尺寸并设计新的转镜,对新设计的转镜进行交变力疲劳分析和试验。结果发现,初始设计转镜的最大应力小于转镜材料的屈服强度,转镜不会出现静强度失效;转镜一阶临界转速落在工作转速以内,其动力学特性不满足要求;镜体外接圆半径与转镜的固有频率负相关且相关程度最高;新转镜的一阶固有频率从459.4 Hz增大到713.6 Hz,变化率55.3%,转镜的一阶临界转速达到42 816 r/min,成功地避开了共振点,且疲劳强度满足设计要求。     

定转速独立光伏直驱冰蓄冷初步实验研究

本文探究了独立光伏系统在不使用蓄电池和逆变器的情况下,利用光伏板产生直流电驱动定转速压缩机进行蒸气压缩制冷循环制冰蓄冷,将太阳能以冰的形式进行存储的储能方式.本文对定转速独立光伏直驱冰蓄冷系统进行了实验研究,分析实验数据得到压缩机启动和停止对应的最低太阳辐照强度.进一步对拉萨、北京、南京三个地区分别应用定转速独立光伏直驱冰蓄冷装置进行了全年模拟运行,分析了该装置在不同气象类型地区的适用性.     

复合隔热结构活塞界面材料接触热阻实验研究

复合隔热结构活塞是一种新型的高功率密度柴油机活塞,其结构由多种材料组合而成,而材料间的界面接触热阻会对活塞的隔热效果产生影响。本文基于稳态热流法搭建测量接触热阻实验装置,分别对钛合金与耐热钢之间的接触热阻和耐热钢与铝合金之间的接触热阻进行了测量,并对试验的误差进行分析,确定试验过程中界面热阻的最大测试误差为5.81%,研究了活塞工况下的压力和温度对材料界面接触热阻的影响.结果表明:相同压力下,随界面温度的升高接触热阻呈下降趋势.在界面压力较小条件下,温度的变化对接触热阻影响比较明显。相同温度下,材料接触界面处的压力越大,其接触热阻值就越小,但是在不同的温度阶段,接触热阻减小幅度不同.同样的载荷与温度条件下,耐热钢和铝合金的界面接触热阻比钛合金和耐热钢材料组合的接触热阻小.