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《畢業(yè)論文（設(shè)計）主動調(diào)相型脈管制冷機數(shù)值模擬與實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、主動調(diào)相型脈管制冷機數(shù)值模擬與實驗研摘要：木文設(shè)計一種主動調(diào)相型斯特林脈管制冷機，采用線性壓縮機作為脈管制冷機主動調(diào)相控制器（APC）,連接于冷指熱端出口。主動調(diào)相通過控制調(diào)相壓縮機與驅(qū)動壓縮機（PWG）間的位移相位角，調(diào)節(jié)質(zhì)量流和壓力波之間的相位角，使制冷機達(dá)到最優(yōu)性能。本文利用模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬并進(jìn)行實驗研究。研究結(jié)果表明，定輸入功下APC與PWG位移相位角為-110°時，無負(fù)載制冷溫度故低，同時比卡諾效率故高，能夠達(dá)到原慣性管型脈管制冷機同樣的效率。關(guān)鍵詞：脈管制冷機；主動調(diào)相；數(shù)值模擬；實驗研究0引言脈管制冷機冷端沒有運動部件，因此相比斯特林
2、制冷機它的運行壽命長，可靠性高，在冷指處振動小，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。質(zhì)量流和壓力波相位對脈管制冷機的性能有著關(guān)鍵性的影響。1964年Gifford和Longsworth［l］發(fā)明基本型脈管制冷機起，目前為止已經(jīng)研究出多種類型的相位控制。1984年Mikulin等［2］提出在靠近脈管的熱端和氣庫之間安裝一個小孔,可以獲得制冷效應(yīng)，這就是第一代脈管制冷機，通常稱作小孔型脈管制冷機。這種制冷機可以達(dá)到105K的低溫。小孔型脈管制冷機運行時在脈管中絕熱壓縮和膨脹。1990年朱紹偉等［3］提出了雙向進(jìn)氣型的脈管制冷機，在小孔型的基礎(chǔ)上加了第二個小孔閥。第二個小孔閥
3、連接在壓縮機出口和脈管熱端之間，第二個小孔減少了流往冋熱器的氣體，但是同時造成了直流流動。1992年，IshizakiY等［4］采用雙活塞型的單級脈管制冷機獲得了23.5K的低溫。近些年，慣性管己經(jīng)用來作為斯特林型脈管制冷機的調(diào)相器，用一根連接管把慣性管連接在脈管熱端與氣庫之間。1994年Kanao等⑸首次用慣性管作為一臺高頻脈管制冷機的調(diào)相器。他們測量了慣性管直徑和長度，以及頻率對制冷性能的影響。2001年英國牛津大學(xué)BritoandPeskett［6,7］對自由室溫推移活塞做了數(shù)值模擬和實驗分析研究，但未見相關(guān)實驗結(jié)果。2006年Y.H.Kim和S
4、hinjiMasuyama等［8］對一臺特定的主動調(diào)相型脈管制冷機做了實驗研究，指出影響冷頭溫度的主要因素是兩臺壓縮機之間輸入電壓相位角。并且與慣性管調(diào)相結(jié)構(gòu)做了比較，無負(fù)載冷頭溫度與用慣性管作調(diào)相機構(gòu)時性能相似。目前應(yīng)用最廣的是慣性管型脈管制冷機，然而慣性管無法自由調(diào)節(jié)冷端換熱器處速度波和壓力波的相角差，而II當(dāng)慣性管入口聲功很小時，調(diào)相作用很小，甚至無法達(dá)到調(diào)相所需的角度［9］。因此有必要對主動調(diào)相型脈管制冷機做更加深入的研究。本文對斯特林脈管制冷機調(diào)相機構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計。首先用一維數(shù)值模擬軟件建立了模型，研究改變調(diào)相機構(gòu)參數(shù)對整機比卡諾效率的影響
5、。隨后搭建了測試主動調(diào)相脈管制冷機性能的測試平臺。實驗屮采用一種電驅(qū)動機械阻尼式的雙向?qū)χ眯蛪嚎s機作為脈管制冷機的調(diào)相器，可以稱它為主動調(diào)相控制器（簡稱APC）,用一根連管直接連在脈管熱端。制冷機驅(qū)動同樣采用雙向?qū)χ眯蛪嚎s機作為壓力波產(chǎn)生器（簡稱PWG）。這種類型的調(diào)相控制器好處是易于控制PWG與APC的電功以及APC與PWG之間的位移相位差。1、主動調(diào)相理論分析在脈管制冷機屮，理想情況下制冷量計算公式為即：1?=—PVcos(p丄RT^-m2P°cos(p其中：P、V、加分別表示瞬時波動壓力、體積流率、質(zhì)量流；0表示波動壓力和質(zhì)量流率之間的相位角，
6、R為氣體常數(shù)，代為充氣壓力，T為溫度。當(dāng)。為0時，此時壓力波與質(zhì)量流同相，制冷量最大；當(dāng)°為90°吋，制冷量為0,壓力波與質(zhì)量流之間的相位角對制冷量有關(guān)鍵性的影響。因此，有必要對主動調(diào)相制冷機進(jìn)行相位分析。圖1主動調(diào)相結(jié)構(gòu)脈管制冷機相位關(guān)系圖根據(jù)主動調(diào)相結(jié)構(gòu)脈管制冷機的相位關(guān)系圖，改變主動調(diào)相活塞入口質(zhì)量流和相位可以改變整機的相位關(guān)系圖。因此可以通過改變八PC活塞位移相位改變主動活塞入口相位；改變APC活塞位移行程可以改變調(diào)相機構(gòu)掃氣容積，改變主動活塞入口質(zhì)量流和入口相位，從而到達(dá)最優(yōu)相位角，提高制冷機效率。2數(shù)值模擬結(jié)果本文使用一維數(shù)值模擬軟件對主動
7、調(diào)相型脈管制冷機進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬中設(shè)定PWG所用壓縮機活塞直徑為19mm,APC壓縮機活塞直徑為18mm,工作頻率為50Hz,充氣壓力3.2Mpao2.1APC與PWG位移相位角數(shù)值模擬對制冷機參數(shù)的影響固定工作頻率(50Hz)、充氣壓力(3.2Mpa)>APC(2.2mm)與PWG(7.5mrm)等參數(shù)不變,調(diào)節(jié)APC與PWG之間的位移相位角，得到比卡諾效率隨位移相位角的變化關(guān)系如圖2所示。隨位移相位角的增大，比卡諾效率先增加后減小，在位移相位角110。時取得最大值。為了減少回?zé)崞鞯膿p失，應(yīng)該在回?zé)崞鞯闹醒胭|(zhì)量流與壓力波同相，此時制冷機效率最高。結(jié)
8、合圖3與圖4中可得，APC與PWG位移相位角從440°變化到-70°，主動活塞入口相位差不斷變
