高频脉冲管制冷机的数值模拟及其实验优化

随着高频脉冲管制冷机技术的发展,为了进一步提高制冷机的性能,需要对制冷机内部机理进行进一步的深入分析．运用数值模拟方法对脉冲管制冷机进行仿真模拟,能够有效直观地研究脉冲管制冷机的内部工作机理．本文采用CFD软件(FLUENT(?)),建立了回热器的多孔介质模型对不同工况的高频脉冲管制冷机进行全三维模拟计算,得到了高频脉冲管制冷机内部的流动分布,并通过计算得到了频率和平均压力对制冷机的内部参数和性能的影响．将计算结果与实际制冷机的优化结合起来,为实验的优化提供一定的依据．优化并得到了一种高效率的高频脉冲管制冷机,其80 K的COP达到4％以上．     

二氧化碳跨临界循环带膨胀机热泵系统的实验研究

虽然二氧化碳跨临界循环成为最具潜力的工质替代技术,但其循环节流损大,循环效率还是比常规工质循环低,因此研制高效率的二氧化碳跨临界循环系统是推动实际应用的关键问题。在文中给出了二氧化碳膨胀机的设计思路,同时对提高效率的两个措施、采用回热器和膨胀机进行实验的对比。通过实验表明,膨胀机的运行效率与膨胀机的转速有关,而且系统的运行也受到其影响。系统采用膨胀机的运行效率高于带回热器的系统效率,说明膨胀机起到节能的作用。     

回热器的热声直流模型及其效应研究

本文由基本的守恒方程出发,获得了能描述回热器存在声直流时的非线性动力学模型及由此而导致的非线性时均热力学效应。根据所得到的模型,考察了声直流对临界声功产生率温度梯度、回热器温度分布以及脉冲管制冷性能的影响。     

CO_2循环回热器作用分析

对CO2循环中回热器的作用进行了热力学分析计算。计算结果表明,对于CO2热泵系统,回热循环制热系数和容积制热量的改善小于6%;对于CO2制冷系统,当冷凝温度低于40℃时,回热循环制冷系数和容积制冷量的改善小于10%,当冷凝温度介于40℃和70℃时,回热循环制冷系数和容积制冷量的改善10—20%。     

双声源驱动热声系统声场调制研究

本文在回热器边界声场调制理论的基础上,考虑了两端换热器和谐振管变径的影响,推导出热声系统(谐振管和回热器)内声场与双声源复声压相关的声场调制关系式。理论和实验分析了双声源复声压对谐振管中的行波比率以及回热器中的声阻抗的调制,并给出通过复声压调制后的系统内声场分布图。对比结果表明该声场调制关系式的适用性,通过双声源复声压的调节,能调制出谐振管及回热器所期望的工作声场。     

振荡流下回热器压降特性的实验研究

研制了一种简单实用的实验装置,用于振荡流回热器压降特性的研究。在活塞提供的振荡流作用下,研究了回热器孔隙率、长度、堆叠方式及温差对回热器动态压降的影响。实验结果显示,丝网型回热器的动态压降与回热器的长度及孔隙率几乎呈线性关系,而在相同条件下与丝网的堆叠方式无明显的关联;此外,回热器的动态压降随回热器两端温差的增加而增大,与温差变化方向无明显联系。本文研究的目的是为斯特林回热器的设计提供相关的实验数据。     

直线电机驱动回热器性能研究

本文提出并搭建了一种采用直线电机驱动的回热器热声转换实验台,通过调节负载阻抗改变回热器处声场条件,研究回热器在不同声场下热声转换特性。文中首先对实验系统进行了数值模拟,结果表明,回热器存在最优的工作声场,但由于有限水力半径因素,最优声场会偏离行波相位。计算中系统获得了最大1300 W净输出声功,热声效率达到35%。之后进行的实验实现了回热器处声场的调节,验证了回热器的声功放大作用,并获得了与数值计算相同的趋势。     

80 K温区的小型行波低温热声制冷机

热声制冷机由于结构简单、无运动部件,具有广阔的应用前景。本文在已有的小型行波热声发动机的基础上,开展了热声制冷的工作。利用线性热声理论对制冷机进行数值模拟,并对制冷机的各热声元件优化。优化后,系统整体装配横向尺寸仅0.5 m,在充气压力3 MPa,发动机输入功率384 W的条件下,达到了80 K的无负载温度。由于本制冷机由行波型热声发动机驱动,并且是通过线性热声理论优化,因此称之为小型行波低温热声制冷机。     

热声回热器流动、传热新模型及其性能的实验表征

提出了可压缩流体交变流动下回热器的新模型,利用所得的热声热粘函数fk、fì的一般简化式,获得影响回热器特性的普遍关联式.根据回热器内流场与温度场分布相似的假设条件,通过简单的双传感器测量方法,得到回热器内的小Reù下的流动阻力对流换热系数.     

CO2跨临界水-水热泵系统实验研究

对CO2跨临界水-水热泵系统进行研究,并搭建实验台进行测试:系统中添加回热器与否的两种情况下,通过改变蒸发温度、冷冻水的流量和温度、冷却水的流量和温度,测试系统的制热系数COPh和制冷系数COP。结果表明,蒸发温度升高,系统的COPh、COP也随之增加;而冷冻水流量增加,系统的COPh、COP增加不明显;增加回热器后随着冷冻水温度升高,系统COPh和COP上升趋势显著;冷却水流量增加对系统性能的影响很大;随着冷却水温度的升高,系统的换热量降低,导致系统的COPh和COP随之降低。通过以上实验证明在相同的工况下,添加回热器可提高系统的性能。