大冷量斯特林制冷机回热器模拟和实验研究
发布时间：2021-04-30 09:52
随着高温超导技术、液化空气技术和低温液体保存技术快速发展,大冷量低温制冷需求也越来越多。斯特林制冷机有着高效、低噪和安全等方面的优势,在低温制冷领域起到了重要作用。目前对大冷量斯特林制冷机回热器缺少高精度量化计算方法,对回热器结构参数和工作参数之间相互影响机制也有待进一步探讨。本文以曲柄连杆驱动的四缸大冷量斯特林制冷机为研究对象,对制冷机和回热器性能进行数值模拟和实验研究。模拟计算采用Sage软件,实验用大冷量四缸斯特林制冷机由斯特林发动机改造而成。斯特林制冷机模拟计算表明,丝网丝径或孔隙率的增加都会降低回热器阻力损失,同时也会导致焓流损失增加。各丝径存在一种孔隙率使焓流损失产生突变。回热器各项损失中以阻力损失为主。改变回热器的放置方式,从热端到冷端孔隙率逐渐增大时,回热效果更好。模拟分析制冷机充气压力和工作频率两种工况对制冷机性能影响,存在最佳工作状态使各项损失降到最低,制冷性能最好。COP随充气压力的增加而降低,充气压力较低时,COP随工作频率先降低后升高,最低点在20～25 Hz;充气压力较高时,COP随工作频率增加而增加。斯特林制冷机实验研究发现,当充气压力为1.5 MPa,输...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 研究背景
1.2 斯特林制冷机研究现状
1.2.1 结构研究进展
1.2.2 理论研究进展
1.3 斯特林制冷机回热器研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 本文研究内容
1.4.1 已有研究中主要问题
1.4.2 研究内容
2.大冷量斯特林制冷机理论
2.1 制冷机工作原理
2.2 三级分析理论
2.2.1 粘性压力梯度F
2.2.2 薄膜传热
2.2.3 气体轴向导热热流
2.2.4 状态方程
2.2.5 求解方法
2.2.6 填料气体域
2.3 制冷系统热力学分析
2.3.1 整体热力学分析
2.3.2 能量流分析
2.4 制冷机不可逆损失分析
2.4.1 回热器内损失
2.4.2 传动机构损失
2.4.3 润滑油对工质污染带来的损失
2.4.4 电机损失
2.5 本章小结
3.斯特林制冷机整机模拟
3.1 模型参数设置
3.1.1 气源
3.1.2 膨胀活塞
3.1.3 压缩腔
3.1.4 冷却器
3.1.5 回热器
3.1.6 冷端换热器
3.1.7 膨胀腔
3.1.8 动力活塞
3.1.9 热源
3.2 模拟结果与分析
3.2.1 回热器
3.2.2 工作频率
3.2.3 充气压力
3.3 斯特林制冷机性能预测
3.4 本章小结
4.斯特林制冷机回热器性能实验
4.1 实验系统
4.1.1 冷水机组
4.1.2 真空绝热系统
4.1.3 测量系统
4.1.4 实验工况参数
4.2 实验结果及分析
4.2.1 降温曲线
4.2.2 压力曲线
4.2.3 性能曲线
4.2.4 充气压力影响
4.2.5 回热器的影响
4.2.6 回热器阻力及拟合
4.3 本章小结
5.总结与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]一款小型化大冷量旋转集成式斯特林制冷机的研制[J]. 迟国春,卢旭辰,温建国,杨继飞,刘湘德,饶启超. 低温与超导. 2019(02)
[2]60K斯特林制冷机回热器结构优化和试验研究[J]. 张文君,高瑶,郑昱鑫,范仙红,刘婷. 低温与超导. 2017(10)
[3]基于Regen3.3的45K斯特林制冷机分层结构回热器的优化[J]. 罗兰,陈曦,夏宇栋. 真空与低温. 2015(04)
[4]高温超导用自由活塞斯特林制冷机理论研究[J]. 王波,叶重,朱魁章,杨坤. 低温与超导. 2012(08)
[5]振荡流下回热器压降特性的实验研究[J]. 张晓青,廖宜利,胡志永,潘卫明,刘靖飙. 工程热物理学报. 2012(01)
[6]回热式低温制冷机用回热器结构研究综述[J]. 陈曦,郭永飞,张华,吴亦农. 制冷学报. 2011(03)
[7]动磁式线性斯特林制冷机仿真分析[J]. 夏明,陈晓屏. 红外技术. 2009(08)
[8]孔隙率对斯特林发动机回热器影响的数值模拟[J]. 贾明兴,王景甫,马重芳,唐大伟,曾秒. 工业加热. 2009(03)
[9]丝网回热器中换热性能的优化[J]. 高凡,何雅玲. 西安交通大学学报. 2008(09)
[10]小型斯特林制冷机回热器热损分析[J]. 谢英柏,徐周璇,论立勇,刘迎福. 低温工程. 2008(03)
博士论文
[1]液氦温区斯特林型脉管制冷机实际气体效应影响及性能优化研究[D]. 韩磊.浙江大学 2016
[2]液氮温区大功率斯特林型脉管制冷机回热器温度不均匀性及性能优化研究[D]. 孙久策.浙江大学 2013
本文编号：3169304
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 研究背景
1.2 斯特林制冷机研究现状
1.2.1 结构研究进展
1.2.2 理论研究进展
1.3 斯特林制冷机回热器研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 本文研究内容
1.4.1 已有研究中主要问题
1.4.2 研究内容
2.大冷量斯特林制冷机理论
2.1 制冷机工作原理
2.2 三级分析理论
2.2.1 粘性压力梯度F
2.2.2 薄膜传热
2.2.3 气体轴向导热热流
2.2.4 状态方程
2.2.5 求解方法
2.2.6 填料气体域
2.3 制冷系统热力学分析
2.3.1 整体热力学分析
2.3.2 能量流分析
2.4 制冷机不可逆损失分析
2.4.1 回热器内损失
2.4.2 传动机构损失
2.4.3 润滑油对工质污染带来的损失
2.4.4 电机损失
2.5 本章小结
3.斯特林制冷机整机模拟
3.1 模型参数设置
3.1.1 气源
3.1.2 膨胀活塞
3.1.3 压缩腔
3.1.4 冷却器
3.1.5 回热器
3.1.6 冷端换热器
3.1.7 膨胀腔
3.1.8 动力活塞
3.1.9 热源
3.2 模拟结果与分析
3.2.1 回热器
3.2.2 工作频率
3.2.3 充气压力
3.3 斯特林制冷机性能预测
3.4 本章小结
4.斯特林制冷机回热器性能实验
4.1 实验系统
4.1.1 冷水机组
4.1.2 真空绝热系统
4.1.3 测量系统
4.1.4 实验工况参数
4.2 实验结果及分析
4.2.1 降温曲线
4.2.2 压力曲线
4.2.3 性能曲线
4.2.4 充气压力影响
4.2.5 回热器的影响
4.2.6 回热器阻力及拟合
4.3 本章小结
5.总结与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]一款小型化大冷量旋转集成式斯特林制冷机的研制[J]. 迟国春,卢旭辰,温建国,杨继飞,刘湘德,饶启超. 低温与超导. 2019(02)
[2]60K斯特林制冷机回热器结构优化和试验研究[J]. 张文君,高瑶,郑昱鑫,范仙红,刘婷. 低温与超导. 2017(10)
[3]基于Regen3.3的45K斯特林制冷机分层结构回热器的优化[J]. 罗兰,陈曦,夏宇栋. 真空与低温. 2015(04)
[4]高温超导用自由活塞斯特林制冷机理论研究[J]. 王波,叶重,朱魁章,杨坤. 低温与超导. 2012(08)
[5]振荡流下回热器压降特性的实验研究[J]. 张晓青,廖宜利,胡志永,潘卫明,刘靖飙. 工程热物理学报. 2012(01)
[6]回热式低温制冷机用回热器结构研究综述[J]. 陈曦,郭永飞,张华,吴亦农. 制冷学报. 2011(03)
[7]动磁式线性斯特林制冷机仿真分析[J]. 夏明,陈晓屏. 红外技术. 2009(08)
[8]孔隙率对斯特林发动机回热器影响的数值模拟[J]. 贾明兴,王景甫,马重芳,唐大伟,曾秒. 工业加热. 2009(03)
[9]丝网回热器中换热性能的优化[J]. 高凡,何雅玲. 西安交通大学学报. 2008(09)
[10]小型斯特林制冷机回热器热损分析[J]. 谢英柏,徐周璇,论立勇,刘迎福. 低温工程. 2008(03)
博士论文
[1]液氦温区斯特林型脉管制冷机实际气体效应影响及性能优化研究[D]. 韩磊.浙江大学 2016
[2]液氮温区大功率斯特林型脉管制冷机回热器温度不均匀性及性能优化研究[D]. 孙久策.浙江大学 2013
本文编号：3169304
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