低于氮临界点温度工作的热声驱动脉管制冷机研究

采用热声发动机驱动的脉管制冷系统,消除了系统中的机械运动部件,具有结构简单、运行可靠和环境友好等优点。文中基于Regen 3.2软件,设计并制作了一台采用热声驱动的单级脉管制冷机。该制冷机采用双向进气结构,脉管和回热器为U型布置。初步实验研究中,以氮气为工质,该脉管制冷机获得了117.5K的最低制冷温度,低于氦的临界点温度126.19K;以氦气为工质,目前获得了83.5K的最低制冷温度。     

低于13K的单级脉管制冷机性能研究

回热器是脉管制冷机的关键部件之一,其效率对脉管制冷机性能有很大影响。铅丸是常见的蓄冷材料,通常用于回热器的低温端。本文测试和分析了不同品质的国产铅丸和进口铅丸对单级G-M型脉管制冷机性能的影响。采用额定功率为6．0 kW的压缩机驱动,使用进口铅丸脉管制冷机最低制冷温度达12．9 K,这是当前单级脉管制冷机达到的最低制冷温度;40 K时的最大制冷量为57．4 W。使用国产铅丸最低制冷温度为13．6 K,40 K时的最大制冷量为55．9 W。本文对低温制冷机蓄冷材料选择具有一定的参考价值。     

热声制冷的实验研究

自行研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了加热温度、平均工作压力、小孔开度、工质各类等因素对脉管制冷机性能的影响。初步实验表明,以氮、氦及氦和氩混合物（氦占94％）作工质,分别获得了234.5K、179K及165K的无负荷制冷温度,此外,本文还指出了进一步改进方向,具有一定参考价值。     

79.7 K驻波型热声驱动脉管制冷机

根据声学原理,把一根大约四分之一波长长度的管子接到一台驻波型热声发动机和一个脉管制冷机之间,能把制冷机入口的压比和压力振幅放大,使脉管制冷机的最低制冷温度降到79.7 K。     

不同倾角的脉管制冷机内自然对流影响的研究

本文通过对脉管内自然对流的数值模拟，讨论了当脉管冷端处在不同方向时，脉管内的自然对流对脉管制冷机性能的影响．数值模拟结果表明，当冷端在下时获得的制冷温度最低；当热端在下并与重力方向成３０°时制冷温度最高．结论与实验测量结果定性一致．所做的理论分析对实现脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

液氮温区热声驱动脉管制冷机的研究

热声发动机驱动的脉管制冷机是一种完全无运动部件的低温制冷机,具有非常好的应用前景,本文介绍了本实验室在这方面取得的最新进展。首先我们对驻波热声发动机进行了改进设计,提高了其驱动压比,用氦气作为工质最大压比达到了1.15。在此基础上我们用其驱动同轴双向进气小孔型脉管制冷机,通过调整热声发动机的振荡频率,使之与脉管达到匹配,最终达到了84.3K的最低制冷温度,这也是目前用驻波热声发动机驱动脉管所达到的最低制冷温度。同时,在此实验过程中,一些抑制跳频的方法也得到了实验验证。     

可能用于超导系统冷却的脉管制冷技术

脉管制冷机没有低温下的运动部件,具有布置方式灵活,便于实现紧凑结构,制造成本低等突出优点,因此在低振动、低电磁噪声(EMI)等高标准场合具有很高的应用价值.在多项国家自然科学基金及与德国吉森大学、日本大阪市立大学等单位开展广泛国际合作的基础上,浙江大学制冷与低温研究所深入进行了脉管制冷机的研究与应用工作.在单级脉管制冷机方面,目前获得的最低制冷温度为14.7K,这是目前G-M型单级脉管制冷机的最低温度纪录.该制冷机在20K和80K分别具有10W和100W制冷量,可望在超导磁体冷却等方面获得应用.在多级脉管制冷机方面,目前最低制冷温度达2.17K,在4.2K获得的最大制冷量为960mW,制冷效率达1.50×10-4;最高制冷效率为1.58×10-4,优于同类国外产品达20%.该制冷机已在德国应用于超导Josephson效应1V及10V电压标准的冷却获得成功.此外,还开展了采用混合工质的脉管制冷机研究工作,力图在4K,20K及80K温区获得更高的制冷效率并已取得重要进展.     

两种锥形脉管制冷机的数值模拟及其实验验证

本文对所提出的新型结构的脉管制冷机进行了数值模拟分析和实验研究。研究表明：锥形脉管制冷机存在一最佳锥度;在最佳锥度下,采用锥形脉管制冷机对改善制冷机的性能,进一步降低制冷温度、提高相同制冷温度下的制冷量是有利的。     

高性能G-M型单级脉管制冷机直流抑制和制冷特性实验研究

本文开展了高性能G-M型单级脉管制冷机直流抑制和制冷特性实验研究.考察了直流流动对制冷机性能的影响,采用并联布置的双阀逆向型进气结构对直流进行抑制,成功地解决了脉管制冷机的直流问题;此外,深入研究了不同工作模式下,回热器填料布置方式对制冷特性的影响;估算了不同温度位下制冷循环的需气量,对不同压缩机输入功下的双向进气脉管制冷性能进行了研究,采用2kW(RW2)和4kW(CP4000)压缩机驱动时分别获得了18.4K和14.7K的最低制冷温度,在30K的相应制冷量分别为11.5W和29.5W.     

40K温区的热驱动低温热声制冷机

热声驱动脉管制冷机主要由热声发动机和脉管制冷机组成,是一种完全无运动部件的新型低温制冷机。本文在实验室现有行波热声发动机的基础上,运用线性热声理论对两级脉管制冷机进行了设计,并用声学放大器对热声发动机和脉管制冷机进行耦合,提高脉管制冷机的驱动压比,从而获得了41 K的低温,这是目前热声驱动脉管制冷机所获得的最低制冷温度。正因为本热声驱动脉管制冷机系统的热驱动特性及其主要部件都是按照热声理论进行设计,所以我们将其称为热驱动低温热声制冷机。     

ICF靶丸内燃料的气液两相组分组成分析

 在质量守恒的基础上，运用拉乌尔定律和道尔顿分压定律,对以摩尔分数比为3∶3∶4比例充入到ICF靶丸内的氘气、氚气和氘化氚三元系的热核燃料，在工作温度为22，24，26，28和30 K下处于相平衡时气液两相的组分组成进行了分析讨论。结果显示:工作温度为22 K时，随着充气压强从1 MPa增大到5 MPa，液层中氘气的摩尔分数从0.251增大到0.290，氚气的摩尔分数从0.350减小到0.310；气泡中氘气的摩尔分数从0.322增大到0.365，氚气的摩尔分数从0.278减小到0.241。充气压强为5 MPa时，随着工作温度从22 K提高到30 K，液层中氘气摩尔分数从0.290减小到0.261，氚气的摩尔分数从0.309增大到0.341；气泡中氘气的摩尔分数从0.365减小到0.302，氚气的摩尔分数从0.241增大到0.298。     

准三级压缩制冷系统涡旋压缩机性能的实验研究

制定准三级制冷系统用涡旋压缩机的实验方案,对改进后的涡旋压缩机进行测试.实验结果表明:在工况不变的情况下,随高压级压缩机补气压力的增加,压缩机的排气温度明显降低,但压缩机的功率有所增加,但幅度不大,故准三级制冷系统用涡旋压缩机,可以有效增加两级压缩制冷系统的运行稳定性以及压缩机的使用寿命.     

供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响

为探究热泵供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响,保持室外环境温度15.5℃不变,调节热泵供水温度,测试冷却水流量、气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力、压缩机耗功量、系统制热量、气冷器热交换完善度、系统COP的变化情况。结果表明:供水温度由45℃升至85℃,气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力随之增加,冷却水流量随之减小。系统制热量增加了7.3%、气冷器热交换完善度下降了20.0%、系统COP下降了35%、压缩机功耗增加了65.1%。     

超高压下红宝石荧光R线的猝灭压力与入射激发线波长的关系

 分别使用固态氩和体积比为4∶1的甲醇-乙醇混合溶液做传压介质，测量红宝石在这两种介质中的荧光光谱随压力的变化。首先发现在超高压下红宝石荧光R线的压致猝灭与入射激发线波长以及高压样品室内的静水压程度有关。实验结果表明：入射激发线的波长越长，荧光R线的猝灭压力越低；对同一激发线波长，静水压程度差，猝灭压力高。这一现象归因于红宝石吸收谱中U带和Y带随压力的蓝移。     

双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性。双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力。研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析。结果表明：保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

保护气对切割弧特性影响的模拟研究

通过比较两种不同结构切割炬所产生的等离子体流场,发现保护气对等离子体的温度和速度分布影响很小.垂直保护气在切割炬喷口形成阻碍作用,造成切割炬内的压强有所升高,但是增加不大.两种结构保护气对切割弧的影响只是在炬喷口外的激波附近.加入保护气后激波的强度会减弱.相对于没有保护气的情况,保护气增加冷却作用,弧电压会略有升高.当改变保护气的成分时,发现弧柱区的氧气含量不受影响,所以保护气成分的改变不会影响到弧电压.计算发现轴线处氧气和周围气体的混合很少,在喷口下游10mm处,氧气的摩尔分数仍在90%以上. 关键词： 等离子体切割弧 保护气 数值模拟     

Effects of pressure and fuel dilution on coflow laminar methane–air diffusion flames: A computational and experimental study

In this study, the influence of pressure and fuel dilution on the structure and geometry of coflow laminar methane–air diffusion flames is examined. A series of methane-fuelled, nitrogen-diluted flames has been investigated both computationally and experimentally, with pressure ranging from 1.0 to 2.7 atm and CH₄ mole fraction ranging from 0.50 to 0.65. Computationally, the MC-Smooth vorticity–velocity formulation was employed to describe the reactive gaseous mixture, and soot evolution was modelled by sectional aerosol equations. The governing equations and boundary conditions were discretised on a two-dimensional computational domain by finite differences, and the resulting set of fully coupled, strongly nonlinear equations was solved simultaneously at all points using a damped, modified Newton's method. Experimentally, chemiluminescence measurements of CH* were taken to determine its relative concentration profile and the structure of the flame front. A thin-filament ratio pyrometry method using a colour digital camera was employed to determine the temperature profiles of the non-sooty, atmospheric pressure flames, while soot volume fraction was quantified, after evaluation of soot temperature, through an absolute light calibration using a thermocouple. For a broad spectrum of flames in atmospheric and elevated pressures, the computed and measured flame quantities were examined to characterise the influence of pressure and fuel dilution, and the major conclusions were as follows: (1) maximum temperature increases with increasing pressure or CH₄ concentration; (2) lift-off height decreases significantly with increasing pressure, modified flame length is roughly independent of pressure, and flame radius decreases with pressure approximately as P^?1/2; and (3) pressure and fuel stream dilution significantly affect the spatial distribution and the peak value of the soot volume fraction.     

R404A制冷系统结霜工况与无霜工况下对比实验研究

对R404A制冷系统在结霜工况和无霜工况下进行了性能实验研究,得出了实验工况下运行时机组的吸气压力、排气压力、吸气温度、排气温度、蒸发管温度、冷凝管温度、制冷量、压缩机功率、结霜厚度,并对它们进行分析比较,同时给出了相应的图表。     

参数对变截面内超音速两相流极限升压能力的影响

在建立变截面通道内超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算模型的基础上,对极限升压能力的影响因素进行了分析,定量计算了各影响因素对极限升压能力的影响,计算结果表明:极限升压能力随混合腔进出口截面积比增大而增大;随蒸汽压力升高而下降;随引流系数变化存在最小值;随进口低压水温的升高略有升高。这些对变截面通道内超音速汽液两相流升压装置的设计和应用具有重要意义。     

三级复叠式制冷系统性能的实验研究

实验系统为三级复叠制冷循环,制冷系统制冷剂为R404A/R23/R14,最低温度可达到-110℃以下。实验时测量系统运行的温度、压力以及压缩机的压比、耗功等参数。结果表明:库温从-60℃降低到-110℃的过程中,三级复叠式制冷循环制冷量先升高后降低,在-80℃左右时达到最大值,并且在整个降温降温过程中,压缩机的耗功一直减小;由三台压缩机的吸、排气压力变化图以及压比变化图和排气温度变化图分析可知,系统有不匹配的地方,还需进一步改进。