超高频微型脉冲管制冷机回热器优化设计

为了指导超高频回热器设计过程中运行参数的选取,基于准确度较高的回热器设计软件REGEN3.3开展了超高频1W@80K脉冲管制冷机回热器优化设计工作,总结了运行参数对于超高频回热器结构尺寸的影响。研究表明:冷端压比越高,回热器最优长度越短,直径越小;频率对回热器最优直径影响较小,进一步提高频率,回热器长度可适当变短;充气压力对回热器最优长度和直径影响均较小。最后总结出了超高频回热器运行参数选取方法,在保证回热器高效前提下进一步减小回热器尺寸,并将显著减少设计计算量。     

异型回热器热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS从结构动力学角度模拟分析了回热器结构的改变对热声热机的影响.在之前研究的基础上,改造了普通板叠回热器的结构,建立针束、肋片板、微坑板异形回热器模型,对包含各回热器的热声整机模型进行了结构动力学分析.分析得出,普通板叠回热器热声热机在150Hz附近谐振,而异型板叠回热器热机由于结构的改变,共振频率发生变化,在高阶模态应变到达峰值,说明了回热器的结构优化是提高热声热机性能的有效手段.     

热声发动机回热器操作因子的优化研究

研究热声热机中回热器长度和工作温度的优化方法.通过对热声学线性公式的进一步分解,提炼出一个量纲一参数———回热器操作因子.相对水力半径和回热器操作因子建立了工作频率与回热器长度及回热器水力半径之间的定量关系.通过回热器轴向尺寸和径向尺寸的一定比例缩放,使得热声系统在不同频率下实现相同的热声转换效率.以两种典型的热声发动机回热器为例,对操作因子进行优化研究,并由此得到了最佳工作效率下的回热器长度和温度分布.     

驻波型热声制冷机回热器的结构优化

对驻波型热声制冷机的回热器进行了理论研究,通过对绝热情况下回热器内系统能流的分析,得到了以回热器位置和结构参数为变量并能够较为准确地预测出回热器时均温度差△Tm的解析表达式.将所得解析表达式与实验结果、线性化结果进行比较,表明了结果的准确性.运用所得结果对板叠式回热器在声场中的位置、板叠厚度和板叠间距进行优化,得到了回热器最优位置xs=f-1 (△Tm),最优板叠间距2y0/δκ=3.3～3.4,最优板叠厚度为2l/δκ=0.7.     

热声热机板叠式回热器结构数值计算

将热声热机板叠式回热器气体通道看成矩形导管,对回热器结构进行数值计算。通过声波导管理论的推导,对微型热声热机回热器板叠尺寸进行研究,利用高次波在气体通道衰减原理,计算回热器板叠纵向长度。研究结果表明:50kHz的热声热机回热器板叠最小横向长度为3.43mm;横向长度为3.43mm的板叠对于频率分别为20,30,40kHz的3种声源的最佳纵向长度分别为5.9,6.0和6.4mm,最佳纵向长度随声源频率的降低而减小。     

空气源跨临界CO_2热泵中回热器影响的研究

为了研究回热器对空气源跨临界CO_2热泵系统运行情况的影响,以及回热器是否适用于跨临界CO_2热泵,进行了理论和实验两方面的研究。基于热力学分析方法对不同气体冷却器出口温度、排气压力下回热器效率的影响进行了理论研究,结果表明回热器提升系统性能系数与否取决于气体冷却器出口温度,气冷出口温度较高时,回热器效率增大才能提高性能系数。实验则在跨临界CO_2热泵样机上进行,结果表明:应用回热器可降低系统最优排气压力,降低幅度随环境温度降低以及进出水温度升高而增大;采用回热器可减少最优排压下系统功耗、提高系统性能系数,但对制热量影响趋势不定,在本实验中性能系数最多提升6.65%,功耗最多降低6.22%;虽然回热器的应用能提高系统性能系数,但同时也将导致系统排气温度增大,所以不适宜在低环境温度工况下使用。对理论和实验分析结果的差异进行了讨论,同时建立了最优排压降低值与环境温度、进出水温度之间的实验关联式来数值化地体现回热器对系统排气压力的影响,对回热器在工程中实际应用具有一定的参考意义。     

热声板叠式回热器结构动力学分析

分别利用Solidworks和ANSYS软件对热声系统中回热器的热声机理从结构动力学角度进行模拟研究.建立三维板叠式回热器的物理模型,得到在0.5,0.6和0.7 MPa充气压力作用下和在系统内谐振动作用下回热器的各动力学参数的响应及其分布.从模拟结果得出:回热器在热声系统振动中存在多种模态;在低频段各点应力-应变基本吻合,高频段各点差异逐渐增大;在一阶固有频率3 300 Hz附近,回热器内各点的应力和应变达到最大值.     

丝网回热器中换热性能的优化

建立了低温制冷机回热器的非各向同性多孔介质模型,基于可用比热容、轴向导热率、回热效率和综合性能参数等性能指标,以不同目数及丝径、不同物性材料的金属丝网回热器为对象,对回热器的换热性能进行了数值优化研究.结果表明:回热器填料的比热容和密度越大,可用比热容越大,则制冷量越大;可用比热容相同时,热渗透深度大的制冷量反而小;可用比热容随着径向导热率的增加而增大,但制冷量却随之减小;轴径向导热比取0.1时,制冷机的制冷量比回热器按各向同性处理时要高0.5～2.0 W,可见通常模型中不考虑非各向同性因素计算获得的制冷量会偏低;选择导热率相对低的填充材料或通过改变丝网填充方式来降低回热器轴径向导热比,可减小轴向漏热量;通过控制不同目数丝网的填充比例(体积分数),如热端75 0目和冷端25%0目,且冷端采用导热率较低的不锈钢丝网的多段式回热器,可提高回热效率和综合性能参数,从而获得更佳的换热效果.     

磷铜网加铅球填料回热器的换热性能分析

文章基于G-M低温制冷机装置,以磷铜网加铅球填料回热器为研究对象,通过数值模拟方法,得出了G-M制冷机回热器内部氦工质温度参数的动态变化规律;利用对流换热的场协同理论,对比分析采用磷铜网加铅球作为回热器填料的对流换热性能;针对不同填料类型的回热器进行了G-M低温制冷机整机换热性能对比实验,得出了提高整机换热性能的磷铜网与铅球的填充比例。     

高频驻波热声热机的数值研究

以1/4波长驻波热声热机为研究对象,建立了平行板叠结构回热器以及异形板叠结构回热器的数值模型,采用Fluent软件分析了这两种结构回热器产生的压力、速度以及流场.研究结果表明:异形板叠结构回热器自激振荡达到饱和所需的时间比较短,压力幅值比较高;非线性声场的扰动,导致不同时刻回热器冷热两端温度分布不稳定,相比平行板叠结构回热器,异形板叠结构回热器温度梯度比较小,有利于低品质热源的应用;针对板叠结构回热器,改变平板的结构,有利于实现热声系统的匹配;异形板叠结构回热器周围的流场明显强于平行板叠结构回热器,有利于流固之间的耦合,提高了热声转换的效率.     

热声热机中回热器的数值计算与分析

针对热声热机系统回热器（或板叠）的数值计算。讨论了简单实用的得谐分析方法,并对热声制冷机中的热声板叠进行了数值计算与分析。计算结果为回热器（或板叠）的设计与优化奠定基础,从而保证系统设计的可靠性。     

Investigation on regenerator temperature inhomogeneity in Stirling-type pulse tube cooler

Regenerator is one of the most crucial components to pulse tube cooler (PTC) and thermoacoustic engine. As such regenerator is scaled up to high-power, the thermal and hydrodynamic communication transverse to the acoustic axis gets weaker and weaker. Under this condition, any unsymmetric factor could cause serious instability to the cooler or engine, which degrades their performance. Investigation has been carried out on a high-power two-stage thermal-coupled U-shape Stirling-type PTC. By detailed circumferential temperature measurements along the middle heat exchanger and second stage regen-erator, a kind of temperature inhomogeneity caused by unsymmetric pre-cooling effect of inter-stage thermal bridge was found in the lower part of the regenerator of the PTC. The temperature inhomoge-neity originating from the middle heat exchanger of the second stage regenerator amplified itself in the lower part of the regenerator and then internal streaming formed. The maximal radial temperature dif-ference could reach 30―40 K. Experimental results show that the temperature inhomogeneity intensi-fies with increased pre-cooling power and its direction can be reversed by changing the pre-cooling effect of the first stage PTC to heating effect by using external thermal load. This research shows that it is important to maintain the heating or cooling effects of heat exchangers uniform in high-power re-generative coolers and engines.     

多孔填料回热器工质的压缩性研究

讨论了微型热声热机中气体工质在非等截面的多孔填料回热器中的压缩性,指出表征热声热机热声效应的热函数和粘性函数以及由热声效应所产生的平均功流均与工质在多孔填料中的压缩性虚部相关.理论研究表明,通过改变填料的特征尺寸就可以达到改变工质压缩性虚部的目的,进而可以获得最大的热声效应所产生的功流.     

太阳能斯特林机热交换器动态 流阻损失数值分析

建立了太阳能斯特林机热交换器流阻损失方程,确定了其内工质流速和质量流率与转角的内在联系,开展了热交换器动态流阻损失数值计算,得到了回热器、加热器和冷却器动态流阻损失特性及其与热交换器参数的关系.研究表明:回热器、冷却器、加热器流阻功率损失比例分别为65.5%,19%和15.5%.回热器内流阻损失随丝网目数的增加而增大,随丝网孔隙率的增加而减小;冷却器内正、反向流阻损失峰值分别出现在转角100°和270°附近,且反向峰值更大;加热器内流阻损失曲线在横轴两侧不对称,正、反向峰值分别在转角144°和300°位置取得,且正向峰值大于反向峰值;同时在加热器和冷却器中,管径对流阻损失的影响均更显著.     

前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置催化剂藏量稳定性分析

催化裂化装置的稳定性分析对反应再生系统操作分析、设计与控制有重要的意义，其中催化剂藏量系统的稳定是反应再生系统稳定的必要条件。对于前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置，由压力平衡导出了待生、再生催化剂的循环速率和二密相床至烧焦罐的催化剂内循环速率表达式。在此基础上，建立了催化剂藏量系统的动态模型及其简化的线性模型。由线性模型和控制系统稳定性理论证明，不作任何控制时催化剂藏量的稳定性是有条件的。给出了该系统的催化剂藏量稳定性判据，并用反应再生系统仿真实验验证了这一判据     

缝隙式回热器损失计算方法的探讨

本文对缝隙式回热器作了初步的研究.在对缝隙式回热器内流动及传热过程分析的基础上,提出了缝隙式回热器损失的计算方法。并指出,在缝隙式回热器中,其损失随着转速及充气压力的增加而迅速增加,其增加速率大于理论制冷量的增加速率;缝隙式回热器在低速下运行能相对地减少损失,提高其效率。把理论计算结果和试验曲线作了比较,两者基本上符合。从而证明,所提出的损失计算方法基本上能适用于缝隙式回热器损失的初步计算。