發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 09:55

【摘要】：微型節(jié)流制冷器因其快速冷卻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等特性而被廣泛的應(yīng)用在紅外探測(cè)器、超導(dǎo)量子干涉器件、熱像儀等器件的冷卻當(dāng)中。而微型節(jié)流制冷器性能的好壞又取決于翅片管換熱器內(nèi)的流動(dòng)特性與傳熱特性。相比于國(guó)外的研究進(jìn)展和先進(jìn)技術(shù),目前我國(guó)微型J-T制冷器還處于起步階段,基礎(chǔ)研究比較匱乏,這嚴(yán)重制約著國(guó)內(nèi)微型節(jié)流制冷器的發(fā)展。本文針對(duì)Hampson型微型節(jié)流制冷器,以Hampson型翅片管換熱器的數(shù)值模擬為基礎(chǔ),在熱力學(xué)計(jì)算過(guò)程中采用效能-傳熱單元數(shù)法,并且在變工況下模擬得到Hampson型翅片管換熱器的熱力性能。利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)上述數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證的同時(shí),也對(duì)部分無(wú)法通過(guò)數(shù)值模擬得到的參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。之后對(duì)Hampson型節(jié)流制冷器進(jìn)行單因素的優(yōu)化分析,并采用響應(yīng)面優(yōu)化法進(jìn)一步對(duì)Hampson型翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行多因素的優(yōu)化分析,最后利用遺傳算法對(duì)可用能損失和理論制冷量進(jìn)行了雙目標(biāo)優(yōu)化分析,進(jìn)一步提高換熱器的綜合熱力性能,為Hampson型節(jié)流制冷器的優(yōu)化研究提供了新的思路和方法。本文主要包括以下內(nèi)容:(1)針對(duì)Hampson型翅片管換熱器,充分考慮了流道的幾何形狀,流體物性的變化,流動(dòng)的不均勻性,建立了以氮?dú)饧皻鍤鉃楣べ|(zhì)的穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型,基于有限差分法及EES軟件平臺(tái),開(kāi)發(fā)了Hampson型翅片管換熱器的仿真程序,并利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明本模型的可靠性。(2)利用數(shù)值模型計(jì)算得到了換熱器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的溫度分布和壓力分布。其次對(duì)換熱器內(nèi)部的流動(dòng)與傳熱進(jìn)行了詳盡分析,包括換熱熱阻的沿程分布,換熱量的沿程分布及可用能損失的沿程分布。(3)利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)Hampson型節(jié)流制冷器的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究得到了在制冷工質(zhì)分別為氮?dú)夂蜌鍤馇闆r下時(shí),高壓側(cè)進(jìn)氣壓力與背壓的關(guān)系,不同翅片間距情況下背壓的變化情況,不同換熱器軸向長(zhǎng)度對(duì)制冷器穩(wěn)定工作溫度的影響,以及不同環(huán)境壓力情況下制冷器穩(wěn)定工作溫度的變化情況。同時(shí),將測(cè)量得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入到數(shù)值模型的初始條件中,進(jìn)一步加強(qiáng)了模型的可靠性。(4)利用數(shù)值模型對(duì)Hampson型翅片管換熱器進(jìn)行了單因素優(yōu)化分析。在制冷工質(zhì)分別為氮?dú)夂蜌鍤獾那闆r下,分析得到了不同質(zhì)量流量時(shí),換熱器的換熱效率及制冷器理論制冷量的變化關(guān)系,同時(shí)還分析了換熱器軸向長(zhǎng)度對(duì)理論制冷量的影響。(5)在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上,利用了響應(yīng)面優(yōu)化法(RSM)來(lái)優(yōu)化換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。基于可用能損失和理論制冷量的優(yōu)化目標(biāo),對(duì)毛細(xì)管內(nèi)徑、翅片高度、翅片間距及換熱器軸向長(zhǎng)度四個(gè)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,分別得到了使可用能損失最小以及使理論制冷量最大時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時(shí),采用了遺傳算法同時(shí)對(duì)可用能損失和理論制冷量進(jìn)行優(yōu)化分析,得到了使二者綜合最優(yōu)時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
【圖文】：

英國(guó) hymatic 公司的自調(diào)式節(jié)流制冷薄壁芯軸（c）翅片管換熱器纏繞在該密閥針（e）最終組件-T 節(jié)流制冷器上一個(gè)非常重要的部其工作性能的好壞將直接影響制冷氣體，通常是低壓回流通道氣體率一般高于高壓入口[2]。熱器結(jié)構(gòu)由 Hampson[2]在 1895 年Hampson 型翅片管換熱器因其結(jié)

擊振動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用在快速冷卻的微型節(jié)器啟動(dòng)到達(dá)到最低溫度的時(shí)間在一分鐘以內(nèi)，甚至短至 1.2 所示，漢普遜換熱器采用帶外肋片的管，然后翅片管得高壓入口氣體作螺旋繞流，低壓回流流體在杜瓦內(nèi)壁與動(dòng)，其流動(dòng)方向幾乎垂直于翅片[4]。設(shè)計(jì)一款這樣的換熱：壓力管和翅片的材料和尺寸，翅片的繞制密度，翅片與常情況下，，外部翅片表面積與內(nèi)部表面積的比值約為 8 -1和繞制密度。而管子的內(nèi)徑和外徑則一般分別為 0.25 - 在目前的實(shí)際應(yīng)用中，壓力光多采用不銹鋼管，翅片則有采用銀翅片[5]的研究,翅片和光管多用電鍍的方法粘接在鍍層多采用錫，有時(shí)也會(huì)用銀[6]作為鍍層材料。中國(guó)兵器科學(xué)研究院(昆明物理研究所)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)兵器科學(xué)研究院(昆明物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660037