自由活塞斯特林制冷机的研究与应用进展

对自由活塞斯特林制冷机(FPSC)的发展历史以及当前的研究进展进行总结,比较了自由活塞斯特林制冷机与分置式斯特林制冷机的性能,结果显示自由活塞斯特林制冷机的相对卡诺效率明显高于分置式斯特林制冷机。自由活塞斯特林制冷机具有高效、紧凑、制冷温区广等优势,分别从航天、超导、低温冰箱、家用制冷等方面详细总结了自由活塞斯特林制冷机应用情况。最后,根据自由活塞斯特林制冷机的发展现状,提出了一些有用的建议,对自由活塞斯特林制冷机的发展及应用具有一定指导意义。     

斯特林制冷机用于冰箱技术的发展优势

相对于常用的蒸汽压缩节流制冷冰箱系统,采用逆向斯特林循环自由活塞斯特林制冷机的新型冰箱具有高效率采用"绿色"制冷剂制冷温区广启动电流低制冷量易控等特点,在环保及节能方面具有明显的优势.论文结合自由活塞式斯特林制冷机自身特点,分析其用于小容量家用冰箱以及低温冷柜的优越性;介绍了国外斯特林冰箱的研究进展;展望了这种极具潜力的冰箱制冷系统在我国的发展前景.     

低温冰箱自由活塞式斯特林制冷机模拟与优化

自由活塞斯特林制冷机具有高效紧凑,适合中低温制冷等优点。对用于低温冰箱自由活塞式斯特林制冷机进行了一维建模,并实现整机性能的模拟与优化。在考虑各种空体积的情况下,模拟分析了压缩活塞PV功和相位角的变化对整机性能的影响,获得了制冷机运行的最佳相位。对比了环形回热器的填料及填充方式对自由活塞式斯特林制冷机的性能影响,及对应材料下回热器的轴向导热损失情况。模拟了制冷机性能随回热器空隙率和制冷温度的变化情况,计算分析了回热器内部的不可逆损失随空隙率的变化情况,并且获得了不同温度下的最佳空隙率。最后,为了获得好的制冷性能,优化不同制冷温度的回热器设计参数及膨胀活塞与气缸壁的密封间隙宽度。     

航天应用的制冷机系统

介绍冷却４×２２ 元 Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅ 红外探测器的集成组件的斯特林制冷系统。这是一种单级的牛津型的斯特林制冷机。其特点是采用膜片弹簧支撑、音圈电机驱动、差动变压器的位移传感器和间隙动密封技术。制冷机的最低制冷温度４３ Ｋ, 降温时间２０ ｍ ｉｎ, 其压缩机功耗约３０ Ｗ。制冷机系统采用双机屏蔽轴向对置排列, 以减小系统机械振动和对探测器的电磁干扰。制冷机通过柔性冷链（汇流排）冷却红外探测器组件。系统在８０ Ｋ 时对探测器提供的冷量大于３０ ｍ Ｗ,制冷机功耗４５ Ｗ。冷链温差为２５ Ｋ, 探测器等效温度灵敏度０２ Ｋ。     

5W@80K自由活塞斯特林制冷机工况及重力特性实验研究

利用现有的脉冲管制冷机性能测试实验台,针对某型号自由活塞斯特林制冷机,设计了热端水冷器并进行了性能测试.实验研究了工作频率、充气压力、输入功率等参数对制冷机性能的影响规律,结果表明斯特林制冷机的最佳运行工况为充气压力2.0 MPa,频率42 Hz.改变冷头在竖直方向和水平面不同的朝向,实验结果表明冷头竖直向下时最低制冷...     

红外探测器与小型制冷机

小型致冷机可以用来冷却红外探测系统的敏感元件。工作范围为60K到80K。制冷量为0.1瓦到2瓦。这两个指标又取决于冷却的探测器数目和探测器一制冷机接合面的热效率。这类小型制冷机的平均无故障时间应当大于2500小时,而且温度回升要很小。根据菲利浦公司几十年来从事低温工作的经验,在空间红外探测器上,采用斯特林循环的小型制冷机可以     

基于阿基米德螺线的两臂柔性板弹簧的性能分析及比较

柔性板弹簧作为小型斯特林制冷机动子系统中支撑活塞的关键性部件,对提高制冷机的寿命和性能起到了十分关键的作用。基于阿基米德螺线,设计了一款应用于低温冰箱的自由活塞斯特林制冷机柔性板弹簧。通过改变曲线略角θ、基元半径R以及螺距V,使弹簧提供的机械刚度满足斯特林制冷机的需求,并使其最大应力降低至疲劳极限的70%。利用ANSYS软件将阿基米德螺线、费马型线和Sunpower型线进行有限元分析,并引入新的无量纲参数评价性能,发现在满足刚度需求的情况下,阿基米德螺线弹簧的最大应力最小且动态径向刚度稳定性高。     

大面阵探测器与斯特林制冷机热耦合结构仿真设计与实验

随着空间红外探测器向大面阵和长线阵列方向发展,探测器的低温平台难以被制冷机直接冷却,传统的单点热耦合方式也无法满足低温阵列的温度均匀性要求.提出一种新型的大面阵探测器与斯特林制冷机之间的桥板式热耦合结构,利用Workbench软件对耦合结构的温度分布进行了仿真分析,并进行实验验证.结果表明:冷平台的温度均匀性达到0.2...     

可逆脉管制冷循环与斯特林制冷循环的比较

建立了可逆脉管制冷机的等温－绝热模型，着重考虑脉管中过程对制冷机性能的影响，并与斯特林制冷机等温模型的计算机结果进行比较。结果表明，在理想工况下，可逆脉管制冷机的效率约为斯特林制冷机的８５％，制冷量约为７２％。可逆脉管制冷机配气活塞的最佳运动相位与斯特林制冷机基本相同。     

工作参数对斯特林制冷机性能影响分析

在调试阶段影响斯特林制冷机性能的工作参数主要有:充气压力、工作频率和环境温度.其中充气压力和工作频率是最容易更改的参数,通过分析得到:充气压力影响着斯特林制冷机振子系统的自然频率,而工作频率则影响斯特林制冷机压机活塞和排除器的相位差.利用简化模型分析了环境温度对斯特林制冷机性能的影响.实验验证了充气压力、工作频率和环境温度对制冷机性能的影响,实验结果能较好的满足分析部分.     

斯特林型脉冲管制冷机的最新进展

介绍了斯特林型脉冲管制冷机在理论分析和实用化方面的进展。与斯特林制冷机相比 ,由于低温端没有运动部件 ,脉冲管制冷机在寿命、可靠性和振动等方面有明显的优势 ,同时直流现象的发现和对它的抑制 ,以及双向进气、长颈管等调相机构的应用 ,使得斯特林型脉冲管制冷机的效率也可以达到或超过斯特林制冷机 ,从而使斯特林型脉冲管制冷机在空间、红外器件和超导器件冷却等方面有广泛的应用     

脉管型斯特林制冷机的实验研究

对脉管型斯特林制冷机用于普冷的可行性进行了分析研究。用实验的方法对脉管到斯特林制冷机和单纯的斯特林制冷机的性能进行了对比，得出了在２４５Ｋ以上温区脉管型斯特林制冷机的性能优于单纯的斯特林制冷机的重要结论．对小孔和脉管长度变化对脉管型斯特林制冷机性能的影响进行了讨论．     

制冷机在空间红外遥感领域的应用研究

空间红外遥感探测器主要采用机械制冷机冷却到工作温度,以获得最佳探测效果。通过对国内外红外遥感探测器用制冷机的研究,分析了机械制冷机的发展方向,即大冷量和深低温的制冷机;讨论了制冷机的两个主要性能评价方法,寿命评价和微振动评价;总结了制冷机电磁兼容性、制冷机探测器耦合设计方面取得的经验和需要开展的工作。     

空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究

为冷却某空间用红外探测器,研制了一台斯特林型脉冲管制冷机。该制冷机为单级同轴型结构,整机重量4.5 kg,设计寿命5年。系统介绍了脉冲管制冷机系统结构及实验装置,测试了制冷机性能及其与杜瓦耦合后的降温特性曲线,实验结果表明,脉冲管制冷机在80 K可提供0—3 W制冷量,比卡诺效率11%,其制冷量可充分满足杜瓦组件的低温和长寿命的工程需求。     

斯特林制冷机耦合超长线列焦平面探测器的冷量损失分析

针对超长线列焦平面器件对制冷机性能的要求,开展了斯特林制冷机与超长线列焦平面探测器耦合过程中冷量损失的研究。实验结果表明耦合过程中在导热损失一定情况下,热辐射损失在不同结构中对斯特林制冷机的降温时间和制冷量有较大影响,模拟计算与实验结果一致。     

自由活塞斯特林发动机Re-1000的模拟研究

为了掌握自由活塞斯特林发动机的设计方法,采用Sage软件建立了自由活塞斯特林发动机Re-1000的一维模型。模拟结果和实验结果比较显示,输出功率、热效率的模拟值和实验值呈相同的变化趋势。输出功率模拟值与实验值误差约为15%,热效率模拟值比实验值大4%。证明了Sage软件模拟自由活塞斯特林发动机具有较好的准确性,对优化自由活塞斯特林发动机性能有一定意义。     

10W@77K自由活塞斯特林制冷机的设计和实验研究

为满足高温超导、红外探测和气体液化等领域对高效率、高可靠性、长寿命低温制冷机的需求,对10 W@77 K自由活塞斯特林制冷机进行了研究。制冷机设计为整体式结构,由动磁式直线电机驱动。基于Sage建立制冷机整机模型开展了数值求解,并根据数值计算结果对运行频率、工作压力以及回热器填料等对制冷机性能的影响规律进行了分析。计算结果表明,在制冷机结构参数优化的条件下,工作压力为2.1 MPa、运行频率为60 Hz时,制冷量可达11.87 W@77 K,COP为0.068。根据参数优化设计结果研制样机并开展实验研究,实测制冷量达到10.62 W@77 K,COP为0.062。将制冷机连续运行200 h,制冷量波动范围小于0.5 W(即总制冷量的±4.7%),显示出良好的性能稳定性。     

平行轴布置的斯特林制冷机设计原理与应用分析

稳定平台光电系统设计常用线性斯特林制冷机以达到振动小的要求,但以牺牲重量、尺寸、功耗为代价。旋转式制冷机功耗低、尺寸小却振动大;设计平行轴布置斯特林制冷机以减小旋转制冷机对稳定平台的振动影响。分析了旋转制冷机振动源与稳定平台框架的系统刚性特点;从系统耦合的角度,通过力学模型分析平行轴布置斯特林制冷机振动源叠加的情况,根据分析结果提出利用稳定平台刚度高的方向吸收制冷机翻倒力矩的激励,降低平台的抖动程度。最后指出平行轴布置斯特林制冷机与框架结合应用的合理性与可行性。     

自由活塞斯特林制冷机动力吸振器设计及实验研究

自由活塞斯特林制冷机(FPSC)中动子组件高频运动,产生一定的整机振动力,会影响制冷机工作性能并限制其应用,因此减振技术是FPSC的关键技术之一。本文对一台280 K@300 W斯特林制冷机动力吸振器进行设计,包括减振弹簧型线设计、结构形式选择、三种型号吸振器的质量刚度匹配、模态分析以及扫频验证实验。模拟及实验结果显示,b型吸振器的固有频率设计值、模拟值、实测计算值分别为79.98 Hz、79.56 Hz、80.95 Hz,而实验值为77 Hz,误差分别为3.8%、3.3%、5.1%,质量比约为0.09,满足低振动及轻量化要求,为此,优选b型吸振器作为斯特林制冷机的减振方案。     

两级脉冲管制冷机穿梭和泵气热损失计算分析

脉冲管制冷机以空管取代了G-M和斯特林型制冷机中的冷端活塞,分析了由这种特点和交变流动引起的两级脉冲管制冷机的穿梭热损失和泵气热损失,以及损失的来源,并进行了详细的定量计算。