回热式磁布雷顿制冷循环

应用热力学理论，导出以顺磁质为工质的回热式磁布雷顿制冷循环的制冷量和制冷系数，并讨论回热对循环性能的影响，得出一些新的结论，可供磁制冷机研制时参考和应用。     

15K 以下 G-M 低温制冷机的冷量计算和最佳工作压力的选定

G-M 低温制冷机是利用放气制冷原理来实现制冷过程的.对于理想气体可以采用V(p_h-p_l)来计算理论制冷量.然而,当制冷机处在15K 以下深低温工作时,由于氦气性质已远离理想气体,上述公式不再适用.本文从变质量热力学理论和实际气体性质出发,导出了G-M 制冷机制冷量的一般计算式,它可适用于各种工质以及放气过程的各种物理模型.进而利用氦气的p-v-T 关系,计算了在不同制冷温度下获取最大制冷量和最大制冷系数的最佳工作压力区域,并与理想气体模型计算的结果进行比较.结果表明,目前在G-M 机上常用的工作压力对深低温G-M机不再合宜,而应采用较低的工作压力.     

小型低温制冷机的综合性能比较及选用

对小型低温制冷机的综合性能进行了比较，从制冷温度同制冷量和工作寿命、制冷温度同效率及制冷系数等的关系曲线分析各种小型低温制冷机的优缺点，对其选用标准提出了一些建议。     

绝热膨胀-放气回热式制冷循环及其热力学分析

本文提出一种新的闭式气体膨胀循环——绝热膨胀-放气回热式制冷循环,或者称改进型G-M循环,采用该循环的制冷机具有Gifford-McMahon(G-M)循环制冷机的结构简单、无维修运转周期长、振动较小等优点,而该循环的效率比G-M循环高。与G-M制冷机相类似,采用该循环的制冷机也可以做成多级。本文叙述了循环的工作过程,进行了循环的热力学分析及新循环与G-M循环的性能比较,得出了一些有益的结果。这些结果可供制冷机的设计和实验研究参考。     

变截面脉管制冷机的实验研究

为了更好地提高脉管制冷机的制冷效率和制冷量，降低制冷温度，对变截面新型结构的脉管制冷机进行了实验研究和分析，实验结果表明，对于实验所用的脉管制冷机，在外部条件和系统其他结构不变的情况下，当系统压力为1．2MPa，最佳频率为14Hz时，变截面脉管比等截面管获得的低温低30K，证明了变截面脉管制冷机的性能比等截面脉管制冷机的性能优越。     

脉管制冷机的热力学第一定律和第二定律分析

采用热力学第一定律和第二定律分别对小孔型和双向进气型脉管制冷机进行了热力学分析，揭示了制冷机内部的流动和传热过程的动态特性．用数值模拟方法得到了制冷机内部各点的压力、温度、质量流率等参数的瞬时变化情况及整机的制冷系数，并得到了制冷机各部件的yōng损失及整机的yōng效率．计算结果表明：针对所研究的脉管制冷机从小孔型到双向进气型的改进使得制冷机的制冷系数从0．091提高到了0．108，yōng效率从25．04％提高到了29．95％；回热器和小孔阀是制冷机中产生yōng损失的主要部件．分析结果为脉管制冷机的进一步优化指明了改进途径．     

复杂传热规律下热声制冷机最优性能

建立了复杂传热规律下广义不可逆热声制冷机的循环模型,运用有限时间热力学方法导出了存在热阻、热漏和其他内不可逆性时,传热指数为复数的热声制冷机制冷率与制冷系数的解析式,分析了传热指数中实部和虚部对热声制冷机最优性能的影响,通过数值计算对不同损失和不同传热规律情况下的热声制冷机最佳制冷系数和制冷率的变化规律进行了比较分析.     

-120℃小型逆布雷顿空气制冷机性能的试验研究

在改建的逆布雷顿空气制冷机多功能综合试验台上,分别对一台空气制冷机关键部件(膨胀机和紧凑式换热器)在设计工况下的效率、降温、流阻、热负荷和制冷效果等热力性能进行了全面的试验分析,并进行了各种超工况下的综合性能考核.试验结果表明:该空气制冷机的制冷范围为-73℃(制冷量为250 W)~-120℃(制冷量为50 W),膨胀机效率最大达60.5%,回热器效率最高达97.5%,系统降温最大达150℃,制冷机最低温度达-123℃,并能满足-120℃下50 W热负荷需求.通过试验分析得出了小型高速透平膨胀机和紧凑式换热器中各参数间的影响关系,以及制冷机中各参数的匹配关系.     

15W@77K气体轴承斯特林制冷机研究与开发

为满足高温超导器件对斯特林制冷机需求,开展了15W@77K气体轴承斯特林制冷机研究与开发.提出小孔节流和连续狭缝节流相结合的气体静压轴承,采用Sage整机热力学和麦克斯韦电机电磁学仿真分析,设计了整体直线式的15W@77K气体轴承斯特林制冷机,制作样机进行性能测试.测试结果表明:制冷机在环境温度23℃下获得15.85W@77K的制冷量,输入电功为258.6W,制冷系数为0.0613,质量仅为3.5kg(不含控制器和散热器),冷量质量比(制冷量/质量)达到4.53W/kg,制冷机最低温度为35K.     

先进吸收式制冷循环构建理论及其应用研究

该研究提出了制冷能力的新概念,并将其用于吸收式制冷循环性能的分析及其新循环的构建。针对中低温大温降余热利用不充分的技术难题,该报告创建了一种结构形式简单、能高效利用该类热源的先进吸收式制冷循环,理论研究结果显示,在所研究的工况范围内,新循环单位质量热源流体的制冷量比传统单效循环高20%以上。针对低温余热难以高效利用的技术难题,该报告通过合理利用或者改变溶液的现实扩散制冷能力,根据不同工况的需求,分别构建了3个新的先进吸收式制冷循环。理论研究表明:新构建的循环比传统循环具有更高的效率。针对中温余热难以高效利用的技术难题,该报告分别构建了两个1.x效吸收式制冷循环。理论研究表明,在所研究工况范围内,新提出的1.x效吸收式制冷循环的COP比传统单效循环可以提高20%左右。为了验证所提出的新循环及其所采用的理论模型,该课题设计并搭建了1.x效吸收式制冷循环实验装置。实验研究表明,当蒸发温度为5℃、吸收温度和冷凝温度为40℃、发生温度为135.3℃的时候,新循环的COP比传统单效循环的COP提高20%左右,当发生温度为127℃、冷凝温度和吸收温度为40℃、蒸发温度为10℃时,新循环的COP能达到1左右,比传统单效循环COP高30%左右,从而在实验上验证了新循环具有比传统循环高得多的效率。     

同时具有泄漏和热传递过程的Stirling热力循环分析

在实际的Stirling热力循环过程中,往往同时有泄漏和热传递.而对于这方面的研究,通常只注意到泄漏量的本身,而未涉及到泄漏对热力循环过程的影响.本文根据变质量系统热力学理论,提出同时有泄漏和热传递的Stirling热力循环的过程指数及其计算方法.该方法较好地反映了实际的Stirling热力循环过程,而且计算简便,对研究和设计Stirling循环发动机提供了理论依据.     

新型循环直燃机研究

为了提高直燃型溴化锂吸收式制冷机能源总利用率和吸收式制冷机组的性能系数,对其原有循环进行了改进,利用排烟热回收发生器对烟气中的余热进行了回收,以此作为吸收式制冷机的热源,通过制冷循环达到制冷的目的．进行了热力计算和样机设计并进行了初步实验研究．通过热回收,一次能源效率提高近3%．循环模拟和初步实验研究表明,采用热回收循环的直燃机取得了较好的节能效果．     

以R1234yf为替代工质的喷射制冷循环特性

R134a作为喷射制冷循环的工质可获得较高循环性能,但因其具有较高全球变暖潜能值(global warming potential,GWP),所以将逐步被限制使用或被新型绿色环保制冷剂所替代。本文提出以低GWP值的R1234yf作为喷射制冷循环工质,建立了喷射制冷循环热力学数学模型。分析了以R1234yf、R134a和R600a为工质的喷射制冷循环喷射器的喷射因数、制冷量和性能因数随着蒸发温度、冷凝温度和发生器出口温度的变化关系。研究结果表明:相同的工况下,采用R1234yf为工质喷射制冷循环可获得最高喷射器喷射因数和最大制冷量,但以R1234yf为工质喷射制冷循环所获得性能因数(coefficient of performance,COP)较R134a低7.0%,比R600a高20.2%。综合评价认为:R1234yf为工质的喷射制冷循环性能优于R600a,且与采用R134a为工质的喷射制冷循环性能相当。     

空冷式多级热电制冷器性能综合分析

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多级热电制冷器性能,引入热力学完善度指标,并提出协调性能系数性能评价指标,分析了制冷器工作电流、热电臂横截面积与制冷温差对制冷量、制冷系数、热力学完善度和协调性能系数的影响.结果表明：当制冷温差为87℃时,电流分别为2.55 A和1.30 A时,热电臂横截面积分别为2.2 mm²和3.0 mm²时,制冷量和制冷系数分别达到最大值.综合考虑制冷能力与经济性,当电流为1.75 A时,可获得制冷量、耗功与制冷系数的最佳协调性能.     

吸附式制冷循环热力学及性能

从纯热力学角度对基本两床连续循环、绝热回质循环、等温回质循环这3种吸附式制冷循环的热力学过程进行分析,并采用C 语言进行编程模拟计算,探讨蒸发温度、冷凝温度及热源温度对解吸温度、吸附温度、循环吸附率、性能系数、周期制冷量等的影响。研究结果表明:随着蒸发温度及冷凝温度的提高,回质循环(包括绝热回质和等温回质)与基本两床连续循环之间的性能差距逐渐减小,随着热源温度的升高,回质过程对提高系统性能系数的作用削弱;综合3种循环方式的计算结果,等温回质循环方式能够更好地符合燃料电池汽车余热驱动的吸附式制冷系统。     

新型溴化锂增压吸收式制冷循环

针对传统吸收式制冷机不宜应用于驱动热源温度有波动或无高品位热源可供利用的场合的问题，提出了一种以少量电能补偿热能品位的新型循环－增压吸收式循环，增强吸收式循环克服了传统循环的缺点，补偿相当于制冷量2％－10％的电能可以使驱动热源温度降低约5－20℃，而且新循环与传统循环的制冷系数基本相当。     

斜盘式压缩机运用经济器循环的节能分析

通过研究系统循环的制冷剂流量比、中间压力、系统制冷量及制冷效率之间的变化关系，分析了带经济器的斜盘式压缩机制冷循环的节能效果．结果表明，带经济器的斜盘式压缩机制冷循环的节能效果明显，并且还可适当降低压缩机的排气温度．     

用Langevin理论研究回热式室温磁制冷循环性能

在Langevin理论的基础上,结合统计力学、热力学知识推导出新的磁热参数表达式.以铁磁材料 Gd为例进行计算,分别与实验值、原磁热参数的计算值进行了比较,表明在室温范围内,磁热参数的新表达式与原表达式基本一致,提供了新的磁制冷循环研究途径.并依此参数的新表达式对回热式室温磁制冷循环进行数值计算.结果表明:高温热源温度越高,循环性能系数越小;随着低温热源温度的增加,高温热源温度的最大值升高;磁场强度越强,循环性能系越大,但其增长率减小.     

化学吸附制冷循环的热力学分析

在分析基本吸附制冷循环的基础上,建立了基本吸附制冷循环热力过程中的各个热量的计算表达式.针对氯化钙氨吸附制冷实验系统的两种典型工况(制冷工况和空调工况),就解吸终了温度和吸附终了温度对制冷性能的影响进行了热力计算和分析,明确了空调工况下制冷系统性能更好的原因,并对计算结果从热力学理论角度进行了分析验证.     

不可逆三热源制冷机的联合循环分析

将不可逆三热源制冷机抽象为一个不可逆二热源热机驱动一个不可逆二热源制冷机的联合循环，烯后应用二热源循的有限时间热力学理论，导出其最佳制冷系数与制冷率之间的 关系。