本文關(guān)鍵詞：大冷量整體式斯特林制冷機(jī)工作特性研究

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【摘要】：高溫超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用極大地促進(jìn)了大冷量低溫制冷機(jī)的發(fā)展。其中斯特林制冷機(jī)具有效率高、冷卻速率快、調(diào)節(jié)方便、制冷溫度范圍廣及結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn),并且技術(shù)相對(duì)成熟、成本較低,是百、千瓦級(jí)制冷裝置的理想選擇。 本文以一臺(tái)大冷量整體式斯特林制冷機(jī)作為研究對(duì)象,基于Sage軟件對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析,額定工況下,液氮溫度(77K)下模擬出的制冷量為1082W,輸入功為7935W；實(shí)驗(yàn)中,冷頭從室溫降低到最低溫度53.63K用時(shí)6分鐘,77K實(shí)際獲得制冷量602W,輸入功為11.6kW。對(duì)比實(shí)測(cè)和模擬出的壓縮腔壓力波動(dòng)、制冷性能、充氣壓力變化對(duì)制冷性能的影響、冷卻水溫變化對(duì)性能的影響,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的變化趨勢(shì)一致,而數(shù)值差異較大是模擬計(jì)算誤差、水冷器換熱性能有限、潤(rùn)滑油污染工質(zhì)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)損失等原因造成的。 計(jì)算出的能量流與理想制冷機(jī)中的能量流分布圖吻合良好,理論和模擬制冷量的差值即為可用能損失之和,其中工質(zhì)不完全換熱損失(53.6%)占總損失的比重最大,其次是流阻損失(34.1%)和導(dǎo)熱損失(11.6%)。制冷機(jī)各部件中,損失主要發(fā)生在回?zé)崞?35.1%)和水冷器(34.8%)中。對(duì)該處結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)：1.回?zé)崞魈盍蟽?nèi)、外直徑已接近最優(yōu)值,長(zhǎng)度方向還有較大的改進(jìn)空間；2.用不銹鋼絲網(wǎng)代替銅絨作為回?zé)崽盍?可以獲得更優(yōu)的制冷性能；3.水冷器換熱管管長(zhǎng)短、管內(nèi)徑小、管數(shù)多時(shí)可以獲得更大的制冷量。 制冷機(jī)相位圖顯示回?zé)崞鲀啥速|(zhì)量流與壓力波動(dòng)相位差偏離了理想情況,對(duì)活塞相位進(jìn)行優(yōu)化,仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的相位差。采用等溫模型分析理論制冷量和回?zé)崞髻|(zhì)量流量,證明推移活塞背壓腔是制約性能進(jìn)一步提升的原因,即β型斯特林制冷機(jī)的性能劣于特征尺寸相同的α型斯特林制冷機(jī)。壓縮腔進(jìn)口處質(zhì)量流、壓力波相位顯示制冷系統(tǒng)呈現(xiàn)容抗特性,可以在與曲柄連桿機(jī)構(gòu)耦合處增加感抗元件,與電機(jī)高效匹配。
【關(guān)鍵詞】：高溫超導(dǎo) 斯特林制冷機(jī) 數(shù)值模擬 性能測(cè)試 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB651
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符號(hào)表8-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-14
• 1.2 液氮溫區(qū)千瓦級(jí)大冷量回?zé)崾街评錂C(jī)簡(jiǎn)介14-16
• 1.3 斯特林制冷機(jī)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 斯特林制冷機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史16-17
• 1.3.2 國(guó)外針對(duì)曲柄連桿驅(qū)動(dòng)的大冷量斯特林制冷機(jī)的研究現(xiàn)狀17
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)針對(duì)曲柄連桿驅(qū)動(dòng)的大冷量斯特林制冷機(jī)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 研究中存在的問(wèn)題18-19
• 1.5 本文工作19-21
• 2 斯特林制冷機(jī)的理論基礎(chǔ)21-39
• 2.1 制冷機(jī)工作原理21-23
• 2.2 斯特林循環(huán)分析方法23-27
• 2.3 制冷系統(tǒng)熱力學(xué)分析27-32
• 2.3.1 制冷系統(tǒng)整體熱力學(xué)分析27-28
• 2.3.2 理想制冷機(jī)內(nèi)能量流分析28-32
• 2.4 相位理論32-35
• 2.4.1 交變參數(shù)的向量表示32-33
• 2.4.2 理想制冷機(jī)各部分的質(zhì)量累計(jì)效應(yīng)33-35
• 2.5 不可逆損失35-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 3 斯特林制冷機(jī)的數(shù)值模擬39-71
• 3.1 制冷機(jī)介紹39-41
• 3.1.1 制冷機(jī)結(jié)構(gòu)及參數(shù)39-40
• 3.1.2 制冷機(jī)工作參數(shù)40-41
• 3.2 制冷機(jī)物理模型41-51
• 3.2.1 數(shù)值模擬軟件Sage介紹41-42
• 3.2.2 制冷機(jī)建模假設(shè)條件42-43
• 3.2.3 制冷機(jī)整機(jī)建模43-51
• 3.3 制冷機(jī)內(nèi)工作狀態(tài)分析51-57
• 3.3.1 能量流分布51-54
• 3.3.2 損失分析54-56
• 3.3.3 相位圖56-57
• 3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)57-69
• 3.4.1 相位優(yōu)化57-64
• 3.4.2 電機(jī)匹配優(yōu)化64-65
• 3.4.3 回?zé)崞鲀?yōu)化65-67
• 3.4.4 水冷器優(yōu)化67-69
• 3.5 本章小結(jié)69-71
• 4 斯特林制冷機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究71-81
• 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹71-74
• 4.1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)71-72
• 4.1.2 冷水機(jī)組72
• 4.1.3 真空絕熱系統(tǒng)72
• 4.1.4 數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)72-74
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析74-79
• 4.2.1 降溫曲線74
• 4.2.2 壓力波動(dòng)74-75
• 4.2.3 性能曲線75-77
• 4.2.4 壓力影響77-78
• 4.2.5 冷卻水溫影響78-79
• 4.3 本章小結(jié)79-81
• 5 結(jié)論與展望81-83
• 5.1 結(jié)論81-82
• 5.2 展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的科研成果89-91
• 致謝91

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