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.     

自由活塞型斯特林制冷机热力学参数的无量纲分析

自由活塞斯特林制冷机由于其结构紧凑、制冷效率高、可靠性好而不断受到重视。自由活塞斯特林制冷机的热力学参数对整机制冷性能具有决定性影响。基于等温模型,对自由活塞斯特林制冷机进行了无量纲分析,通过引入无量纲制冷量,详细研究了死容积比、扫气容积比、温度比、位移相位角对整机热力性能的影响。其研究结果为不同温区的自由活塞斯特林制冷机热力参数设计提供了参考意见。     

高温超导用自由活塞斯特林制冷机理论研究

制冷机是制约高温超导器件的瓶颈.文中针对自由活塞式斯特林制冷机进行了理论研究,建立了自由活塞斯特林制冷机的热声模型,对充气压力、活塞的位移振幅、热端换热器温度和密封间隙进行了模拟.模拟结果显示,以最大制冷量为目标最佳充气压力为1.9MPa,增加活塞位移振幅、降低回热器热端温度以及减小密封间隙可提高制冷机的性能.     

自由活塞斯特林发动机活塞位移测量

自由活塞斯特林发动机活塞往复振动位移对研究发动机特性具有重要意义,然而该类发动机活塞位于高压封闭腔体内且结构较为紧凑,其活塞往复振动位移难于直接进行测量。加速度传感器具有尺寸小、安装方便和工作稳定等特点,提出了采用加速度传感器测量活塞位移的方法。根据加速度传感器测量位移的原理,建立了一套加速度传感器测量自由活塞斯特林发动机活塞位移的标定试验系统,以位移传感器为基准测试并分析了不同活塞振幅和不同振动频率下加速度传感器测量位移的误差大小。实验结果表明,在活塞振幅小于8 mm,振动频率大于20 Hz条件下,加速度传感器测量位移的误差小于5%。因此加速度传感器可以用于测量自由活塞斯特林发动机的活塞往复运动位移。最后成功把加速度传感器测量的自由活塞斯特林发动机活塞振动位移用于发动机循环指示功的实验研究。     

斯特林制冷机中压缩活塞振子与排出器振子相互影响的研究

从振动力学的角度来看 ,斯特林制冷机的工作实际上是压缩活塞振子与排出器振子两个振动系统的耦合与匹配 ,两振动系统的相互影响特性对提高整机性能具有非常重要的意义。文中首先给出了压缩活塞振子与排出器振子两个振动系统相互影响特性的理论分析 ,其次对二者相关影响特性的试验研究结果与模拟结果进行了对比分析和讨论     

长寿命斯特林制冷机膨胀机无摩擦运行技术

论述了长寿命斯特林制冷机膨胀机的结构,重点对排出器活塞与冷指气缸无接触运行控制方法进行论述.制冷机正在进行加速寿命跑和,运行很好.     

整体式斯特林制冷机基于网络模型的无量纲性能分析

通过现有的成型的流体网络理论和热动力学理论,建立了整体斯特林制冷机系统的网络模型,从计算和实验两个角度定性分析了排出器和活塞行程配比对于制冷机系统性能的影响;提出了可供制冷机结构优化的无量纲因子参数。同时,上述方法可以帮助简化实验过程,为寻找最佳工况点提供了重要依据。     

液氮温区大冷量自由活塞斯特林制冷机实验研究

自由活塞斯特林制冷机是一种结构紧凑、效率高、运动部件少、可靠性高的回热式制冷机。随着高温超导发展的需求,液氮温区大冷量自由活塞制冷机成为重要发展趋势之一。本文搭建了一台液氮温区大冷量自由活塞斯特林制冷机,初步实验获得60 K以下的无负荷制冷温度。在80 K获得了78 W的冷量,制冷机相对卡诺效率为18.8%。这是国内首台液氮温区大冷量(50 W)自由活塞斯特林制冷机。分析表明,通过对冷端换热器结构的改进,冷量及效率将进一步提升。     

基于力的多边形的分置式斯特林制冷机的动力分析

动力分析是斯特林制冷机动力设计与调试实践中的关键一环。本文利用力的多边形描述了分置式斯特林制冷机中压缩活塞和排出器振子的运动方程,并将分析结果与实验结果进行对比,分析和讨论了分置式斯特林制冷机中重要的运行参数(如工作频率、固有频率、弹簧刚度、冷头温度、压缩腔和膨胀腔的PV功等)之间的相互影响。     

1W/80K@60℃分置式斯特林制冷机的研制

为满足红外系统的要求 ,设计和开发了一种低成本的分置式斯特林制冷机。压缩机结构为线性对动自由活塞型以降低振动 ,冷指为无气动腔的自由排出器结构。在环境温度为 6 0℃的条件下 ,实测性能指标达到 1.1W/ 80 K,整机重量为1.3kg,环境温度为 2 3℃时带 6 g紫铜热负载的降温时间小于 4分钟 ,对制冷机在 - 40℃～ +6 0℃环境温度范围内的性能进行了测试 ,并对高低温循环条件下制冷机的 MTTF寿命进行了摸底实验。文中还对该制冷机的测试结果进行了报道。     

自由活塞斯特林制冷机间隙密封技术研究

间隙密封作为自由活塞斯特林制冷机中的一项关键技术,可以在完成密封作用的同时消除接触磨损和因此而产生的污染,同时由于间隙内气体的泄漏,引起了冷量损失,使制冷量减少。文中建立了层流工况下间隙密封的数学模型,推导了密封间隙的泄漏率。针对自由活塞斯特林制冷机的结构,对三处不同位置的间隙密封分别进行分析,提出了不同位置的间隙密封设计要求。对于直线压缩机的间隙密封,压缩机间隙密封的泄漏会带来压力波损失并同时影响压缩机固有频率;为消除压缩活塞的偏置,要求周期泄漏量为零,对于膨胀机的间隙密封,除了泄漏损失还包括了穿梭损失和摩擦损失等。最后,考虑实际加工和装配工艺的局限性,对间隙密封的偏心影响进行了分析,并对自由活塞斯特林制冷机间隙密封的安装技术和检测手段提出了简单的建议。     

An experimental study on the phase shift between piston and displacer in the Stirling cryocooler

In the design of the split-type free displacer Stirling cryocooler, the motion of the displacer is very important to the cooling capacity, which depends on the working gas pressure, the swept volume in the compression space and the expansion space, the operating frequency, the phase shift between the piston and the displacer, and other factors. This study describes design and manufacture of the Stirling cryocooler actuated by the electric force of the dual linear motor. The cool-down characteristics of the cold end with laser displacement sensor in the expander of the Stirling cryocooler were evaluated. The charging pressure was 15 kg_f/cm² and the operating frequency was 50 Hz. The input power and the lowest temperature were about 32 W and 67 K, respectively. The displacement of the piston was measured by LVDTs (linear variable differential transformers), the displacement of the displacer was measured by the laser optic method, and the phase shift between piston and displacer was investigated. As the peak-to-peak pressure of the compressor increased, the peak-to-peak displacement of the displacer increased. The peak-to-peak displacement of the displacer increased in the range of 0–64.5 Hz (the resonant frequency of the displacer), but decreased steeply when the operating frequency was higher than the resonant frequency. Finally, when the phase shift between the displacements of the piston and the displacer was 45°, the operating frequency was optimum and was decided by the resonant frequency of the expander, the mass and cross-sectional area of the displacer and the constants of friction and flow resistance.     

谐振电机耦合型双效斯特林燃气热泵系统研究

针对当前国家大力推行清洁能源技术和煤改气政策的供暖现状,本文探索了一种双效斯特林燃气热泵系统。全文基于热声学观点对系统进行了理论研究,并采用SAGE程序对其进行数值模拟和优化设计。计算表明,当加热、供热和冷端温度分别为923 K、333 K和273 K时,系统可获得的泵热量为7000 W,COPh为1.79,系统(火用)效率可达到45.67%;但谐振活塞位移对温度、压力以及谐振电机机械阻尼等参数变化具有敏感性,该特点将会严重制约系统的高效运行。为了降低系统的敏感性,本文采用谐振电机耦合斯特林发动机和斯特林热泵,通过对谐振电机电功输入和输出的调控来保持电机活塞工作状态的稳定。结果表明,谐振电机对于实现斯特林发动机和斯特林热泵的高效耦合以及降低系统敏感性具有可行性。     

1.5W/80K斯特林制冷机试验研究

分置式斯特林制冷机由于存在气体力的作用而增加了设计的难度和质量的不一致性。文中主要是在试验的基础上,研究调试试验参数如充气压力、工作频率、弹簧刚度等对制冷机性能的影响,得出的一些结论对今后调试制冷机具有一定的指导意义。     

高频线性斯特林制冷机的性能测试和分析

线性压缩机 SL 4 0 0用于红外探测器及超导应用的高频同轴式脉管制冷机的研制。在不同的输入功率、不同的工作频率下 ,测试了 SL 4 0 0型压缩机驱动 SL 2 0 0型及 SL 10 0型斯特林制冷机冷指的制冷性能。输入功率在 10 W～ 10 0 W范围内调整 ,输入功率为 5 0 W时 ,在 4 0 Hz～ 6 0 Hz变化压缩机的工作频率 ,测试和计算制冷机的 COP系数及压缩机的效率。对制冷机冷指不同放置方向时的制冷性能作了测试 ;比较了散热片风冷及水冷情况下制冷机的性能 ;得出了 SL4 0 0型压缩机的工作特性。