旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機在工作時會放熱,主要包括壓縮放熱、驅(qū)動元器件放熱和電機定子放熱,放熱引起的溫升會影響制冷機和紅外系統(tǒng)的性能。本文利用Ansys有限元軟件對旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機進行瞬態(tài)熱仿真分析,得到制冷機各零件的溫度分布。模擬結(jié)果表明,在對流換熱系數(shù)為3 W/（m²·℃）條件下,制冷機表面電機外殼溫度最高,最高溫度為外殼中心（36.85℃）,沿壓縮端、冷指端兩個方向,溫度逐漸降低。實驗與仿真結(jié)果基本一致,證明了模擬方法的有效性。忽略對流換熱,對制冷機進行散熱仿真優(yōu)化后,有效抑制了制冷機溫升,制冷機整體溫度降低約4℃。 

【文章來源】：低溫與超導(dǎo). 2020,48(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機三維簡化模型

從表1中可看出,除壓縮端蓋表面中心之外,其它三個特征點的仿真與實驗得到的溫度差均≤0.5 ℃。對于壓縮端蓋表面中心,仿真結(jié)果要比實驗結(jié)果高4 ℃,分析產(chǎn)生誤差的原因主要由以下三個方面:(1)實驗室壓縮端蓋底面固定安裝在鋁板上,壓縮端蓋將熱量傳遞到鋁板,導(dǎo)致自身溫度降低;(2)壓縮端蓋與曲軸箱通過四顆螺釘連接,接觸面存在熱阻,仿真時沒有考慮接觸面的熱阻;(3)為簡化制冷機模型,仿真時去除了制冷機內(nèi)部的偏心軸、壓縮活塞等零件,忽略了壓縮端熱源與這些零件的熱傳導(dǎo)。仿真的邊界條件與實際狀態(tài)存在客觀差異,導(dǎo)致壓縮端蓋溫度不可避免存在誤差。表1 仿真與實驗溫度結(jié)果對比Tab.1 Comparison of simulation temperature with experimental temperature單位:℃ 電機外殼上表面中心 電機外殼側(cè)面中心 背部驅(qū)動蓋板表面中心 壓縮端蓋表面中心 仿真值 36.85 36.37 36.52 36.63 實驗值 36.82 35.88 36.16 32.56

由式(6)可知,當(dāng)電機外殼和環(huán)境溫度一定時,換熱面積越大,輻射換熱量越大,因此在原制冷機電機外殼基礎(chǔ)上,將原來粗槽優(yōu)化為細(xì)槽,如圖6所示。優(yōu)化后細(xì)槽散熱片的厚度為0.7 mm、槽寬為0.7 mm,相比原槽寬3 mm粗槽,散熱面積明顯增大,熱輻射能力明顯增強。經(jīng)計算,優(yōu)化前的電機散熱面積為26 168.4mm2,優(yōu)化后散熱面積為37 324.7mm2,面積增加11 156.3mm2,增長42.6%。4.3 背部驅(qū)動元器件散熱

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一款小型化大冷量旋轉(zhuǎn)集成式斯特林制冷機的研制[J]. 遲國春,盧旭辰,溫建國,楊繼飛,劉湘德,饒啟超.  低溫與超導(dǎo). 2019(02)
[2]導(dǎo)熱硅脂研究進展[J]. 葉寬,鐘震,任天斌.  中國膠粘劑. 2013(12)
[3]斯特林循環(huán)制冷機熱力傳熱和流動過程的模擬分析[J]. 何雅玲,吳沛宜.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 1990(02)

博士論文
[1]碲鎘汞紅外焦平面探測器可靠性相關(guān)技術(shù)研究[D]. 陳星.中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所） 2014



本文編號：3476299