低温制冷机用线性压缩机效率的理论及实验研究

为了提高低温制冷机整机效率,基于力的平衡及电压平衡方程理论,分析了线性压缩机电机效率及电功转化为活塞表面声功效率的影响因素;并对线性压缩机效率进行了实验测量;理论与实验吻合较好;电机效率、电功转化为声功效率测量值与理论值偏差分别在3%及7%以内.最后对冷指确定时线性压缩机的优化设计方法进行了总结.     

液氮温区高效脉冲管制冷机的特性研究

本文介绍了由线性压缩机驱动直线型脉冲管制冷机的最新研究结果。根据压缩机参数,依靠线性热声计算程序,优化出10 W级直线型脉冲管制冷机,并使得制冷机入口阻抗能够与压缩机匹配。实验结果表明,由于制冷机与压缩机之间耦合较好,压缩机在达到较好的声电效率的同时,制冷机也拥有较高的相对卡诺效率。其中最好的结果为在输入电功为127 W、制冷温度为77 K的情况下获得了9.4 W的制冷量,整机相对卡诺效率达到了19.8%。文中给出了不同压力、不同调相机构下的压缩机及制冷机特性并对结果进行了分析。     

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。     

大冷量长寿命斯特林制冷机压缩机研究

论述了大冷量长寿命斯特林制冷机直线压缩机的结构和原理,对电机磁路进行了优化设计,获得了22.5N/A的电机比推力。将此压缩机与冷指直径为20mm的膨胀机进行进行了匹配试验,获得6.5W/80K的制冷量。     

高效斯特林制冷机性能实验研究

围绕某型号研制任务需求,自主研制了一种气动分置式斯特林制冷机,制冷机采用动磁式直线电机驱动、压缩机对置结构,压缩机及膨胀机均采用膜片弹簧支撑方式。基于sage软件完成整机热力学、结构相关设计,针对影响制冷机的主要因素：密封间隙、充气压力和膜片弹簧刚度开展了相关的理论和试验研究,获得了压缩机与膨胀机最佳的匹配状态,样机在60 W_AC输入功率下制冷量不低于3 W/80 K,制冷机效率可达5%以上。     

轻量化高效线性压缩机设计与实验研究

线性压缩机为线性分置式斯特林制冷机的动力源,压缩机的效率基本决定了整机的制冷效率。本文设计出一款轻量化高效线性压缩机,采用Redlich型动磁式直线电机结构,通过向量分析法模型对线性压缩机进行动力学设计,通过试验验证设计并进行优化。     

2.2 W @ 80 K高效小型脉冲管制冷机性能的实验研究

同轴式脉冲管制冷机具有结构紧凑,与器件耦合简单等优点,在低温超导以及航空航天领域得到了广泛的运用。通过提高制冷机的工作频率,可减小制冷机的体积与重量。本文介绍了一套高效小型同轴脉冲管制冷机,该制冷机整机重量为1.6 kg,冷指直径14 mm,长度45 mm。采用实验室研制的小型化直线压缩机驱动(1.2 kg),惯性管气库为调相机构,在输入电功45 W,冷端温度80 K,热端温度为300 K时,冷指可获得2.2 W的制冷量,相对卡诺效率13.4%。     

油润滑压缩机驱动高效脉冲管制冷机的研究

本文设计并加工了一台油润滑压缩机驱动的直线型脉冲管制冷机,压缩机和制冷机之间安装有弹性膜片,该弹性膜可以传递声功同时将压缩机侧工作气体与制冷机侧工作气体隔开,从而使油润滑压缩机作为斯特林型脉冲管制冷机的驱动成为可能,解决了使用传统无油直线压缩机成本昂贵的问题。经过系统实验,制冷机在以氦气为工质,充气压力2MPa,工频15Hz时,在80K获得28.5W制冷量,输入电功680W,电冷转化相对卡诺效率达到11.52%。     

小型动磁直线电机驱动压缩机研究

建立了小型动磁直线电机压缩机运动理论模型,数值分析结论与实验结果验证了样机的磁路设计,获得了13.0N/A的电机比推力,电机理论效率为78%。压缩机与冷指为Φ10的气动膨胀机进行匹配试验。获得压缩机的最佳工作频率48—50Hz,电机效率71%,电机效率比理论值小7%。     

60K单级高频同轴脉冲管制冷机性能研究

设计出60 K温区2 W冷量级别惯性管型单级高频同轴脉冲管制冷机并进行了系统试验,分析研究并获取了最优工作频率和最佳的蓄冷器与脉冲管长度匹配及布置。制冷机典型试验性能为在91 W压缩机输入电功和300 K散热温度的条件下,在60 K获取2 W净制冷量,在60 K的比卡诺效率达到8.8%。     

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析 ,对脉冲管制冷机制冷功率的提高提出了改进方案 ,搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台 ,在实验中首次采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头 ,对这种换热器的效率在不同实验条件下进行了计算 ,并通过实验验证了这种新型换热器在脉冲管制冷机中应用的可行性。实验表明 :改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键问题。在使用烧结换热器的单级脉冲管制冷机实验台上 ,采用输出功率 3k W的压缩机在 80 K时得到了 35W的制冷量 ,在效率上属国内领先水平。     

小型低温制冷机冷指结构优化试验研究

对一款分置式制冷机冷指结构进行了优化,通过优化排出器网片的填充方法,采用两种不同目数的网片组合填充方法,提高制冷机的制冷量;优化排出器的冷端堵头结构,降低了气体的流动阻力;优化排出器弹簧安装方法,减小了排出器与冷指气缸的同轴度,提高了制冷机的性能。     

300Hz级电驱动脉冲管制冷机特性研究

脉冲管制冷机在更高频率下运行能够大幅提高能量密度,有利于系统体积与质量的减小。据此本文开展了300Hz级超高频电驱动同轴脉冲管制冷机的研究。首先分析了直线压缩机与制冷机匹配特性,通过调节前腔体积,使得压缩机在280 Hz附近谐振,并能够提供制冷机运行所需压比。实验中取得了最低无负荷冷头温度63.3 K,在80 K获得了1.0W的制冷量,消耗声功约为44 W,以声功计算相对卡诺效率达到6.2%。实验中系统考察了整机性能随惯性管长度、运行频率和平均压力的变化趋势。     

脉管制冷机用直线电机

脉管制冷机是目前最常用的小型低温制冷机之一,直线电机驱动的线性压缩机是脉管制冷机的关键部件。介绍了应用于脉管制冷机的直线电机的两种主要类型,其中包括动圈式和动磁式直线电机的多种结构形式以及各形式的特点,对直线电机的设计、监测和运行三个方面进行了综述,指出了今后脉管制冷机用直线电机的发展趋势,为该领域的科研工作者提供参考。     

40～80 K温区高频脉冲管制冷机的实验研究

随着高频脉冲管制冷机性能的不断改善,特别是在红外和超导应用方面已进入实用化阶段,需要对蓄冷器和压缩机作进一步研究,探索高频脉冲管制冷机的工作机理,优化制冷机的整机设计.本文介绍了一台斯特林型高频单级脉冲管制冷机,经过优化设计,最低制冷温度达到了33 K,在40 K有420 mW的制冷量,当输入电功率为200 W时,在80K有4.5 W的制冷量.文中针对压缩机效率在40～80 K温区随工作频率变化的曲线关系,指出了制冷机和压缩机的耦合问题是研究脉冲管制冷机的重点与难点.并分析了制冷机内部各种阻力损失和热损失随压缩机运行频率变化的原因.     

高频脉管制冷机的研究进展(上)

介绍了斯特林脉管制冷机(高频脉管制冷机)国内外最新研究现状以及发展趋势。分析了由于高频脉管制冷机的效率可以达到甚至超过斯特林制冷机,从而在空间领域、红外传感器件和高温超导器件的冷却领域获得广泛应用。指出了线性压缩机是高频脉管制冷机的重要部件之一,提高线性压缩机的性能及机械寿命是提高高频脉管制冷机性能和寿命的一条重要途径。     

电机调相式热声制冷机研究

优化匹配出口阻抗是热声制冷机获得最佳性能的关键点之一。本文提出了一种电机调相式热声制冷机方案,它利用直线发电机提供热声制冷机高效工作所需的相位,同时回收制冷机出口膨胀功并转换成电能,提高整机效率。与现有技术相比,本方案的热声制冷机具有制冷效率较高、结构简单的优点,适用于冷量比较大、制冷温度较高、膨胀功相对较多的情形。此外,还可满足热驱动热声冷电联产的应用需求。本文基于经典热声理论,先计算分析了直线发电机入口阻抗、制冷机入口压比对制冷性能的影响。在此基础上搭建实验台进行了初步实验,在平均压力3 MPa、工作频率55 Hz下,获得了110 K制冷量158.3 W,制冷机相对卡诺效率为16.1%,将回收的电功计入后整机效率达到了31.4%。     

高频脉管制冷机的研究进展(下)

介绍了斯特林脉管制冷机(高频脉管制冷机)国内外最新研究现状以及发展趋势。分析了由于高频脉管制冷机的效率可以达到甚至超过斯特林制冷机,从而在空间领域、红外传感器件和高温超导器件的冷却领域获得广泛应用。指出了线性压缩机是高频脉管制冷机的重要部件之一,提高线性压缩机的性能及机械寿命是提高高频脉管制冷机性能和寿命的一条重要途径。     

新型热驱动斯特林冷电联产系统数值模拟研究

为解决现有热驱动斯特林冷电联产系统存在的系统性能对直线电机参数敏感性高、匹配难度大的问题,创新性地提出一种热驱动斯特林冷电联产装置,即采用声学谐振管和旁接直线电机实现自由活塞斯特林发动机和自由活塞斯特林制冷机之间的阻抗匹配、声功分配和传递。基于热声理论和商业计算软件Sage对系统进行理论分析和数值模拟,考察了发动机加热温度、制冷机制冷温度和平均压力等对系统性能的影响规律。计算结果表明：在平均压力5 MPa,加热温度833 K时,该热驱动斯特林冷电联产系统在制冷温度110 K下,能获得1000 W制冷量和800W电功,整机效率达29.4%。发动机、制冷机和直线电机能实现较好的功率匹配,电机输出电功的变化对系统热效率影响较小。     

推移活塞脉管制冷机中温区性能的实验研究

推移活塞脉管制冷机是在脉管热端新增一个推移活塞作为调相机构,同时可以回收脉管内气体的膨胀功。通过实验方法,分析了定制冷量下,推移活塞脉管制冷机工作在中温区时,压缩机运行频率对冷头温度、相对卡诺效率等性能参数的影响,以及电机的性能特性。结果表明,在充气压力1.92MPa,运行频率54Hz,输入功224.5W,制冷量25.0W时,冷头温度在137.3K,制冷机的相对卡诺效率达到12.7%。