大冷量整体式斯特林制冷机工作特性研究

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1、分类号：单位代码：密级：无学号：硕士学位论文中文论文题目：大冷量整体式斯特林制冷机工作特性研究英文论文题目：申请人姓名：蔡亚超指导教师：孙大明副教授专业名称：动力工程（专业学位研宄方向：斯特林制冷机所在学院：能源工程学院论文提交日大冷量整体式斯特林制冷机工作特性研究论文作者签名指导教师签名：制、乂巧令论文评阅人姜周曙评阅人张学军评阅人梁鹏飞评阅人评阅人答辩委员会主席：姜周曙委员蒋宁委员金滔委员甘智华委员张学军委员答辩日期：学号：浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导

2、下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期年月。日学位论文版权使用授权书水学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采

3、用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名丨导师签名：签字日期月⋯日签字日期：并睥月”日浙江大学硕士学位论文摘要大冷量整体式斯特林制冷机工作特性研究蔡亚超浙江大学制冷与低温研究所，浙江杭州，摘要高温超导技术的应用极大地促进了大冷量低温制冷机的发展。其中斯特林制冷机具有效率高、冷却速率快、调节方便、制冷温度范围广及结构紧凑等特点，并且技术相对成熟、成本较低，是百、千瓦级制冷装置的理想选择。本文以一台大冷量整体式斯特林制冷机作为研究对象，基于软件

4、对其进行数值模拟分析，额定工况下，液氮温度（下模拟出的制冷量为输入功为实验中，冷头从室温降低到最低温度用时分钟，实际获得制冷量，输入功为。对比实测和模拟出的压缩腔压力波动、制冷性能、充气压力变化对制冷性能的影响、冷却水温变化对性能的影响，发现实验结果与模拟结果的变化趋势一致，而数值差异较大是模拟计算误差、水冷器换热性能有限、润滑油污染工质和曲柄连杆机构损失等原因造成的。计算出的能量流与理想制冷机中的能量流分布图吻合良好，理论和模拟制冷量的差值即为可用能损失之和，其中工质不完全换热损失（占总损失的比重

5、最大，其次是流阻损失（和导热损失（。制冷机各部件中，损失主要发生在回热器（和水冷器（中。对该处结构进行优化，发现：回热器填料内、外直径已接近最优值，长度方向还有较大的改进空间；用不锈钢丝网代替铜绒作为回热填料，可以获得更优的制冷性能；水冷器换热管管长短、管内径小、管数多时可以获得更大的制冷量。制冷机相位图显示回热器两端质量流与压力波动相位差偏离了理想情况，对活塞相位进行优化，仍然无法实现理想的相位差。采用等温模型分析理论制本课题受国家自然科学基金（浙江大学常州工业技术研究院平台建设项目资助浙江大学硕

6、士学位论文摘要冷量和回热器质量流量，证明推移活塞背压腔是制约性能进一步提升的原因，即型斯特林制冷机的性能劣于特征尺寸相同的型斯特林制冷机。压缩腔进口处质量流、压力波相位显示制冷系统呈现容抗特性，可以在与曲柄连杆机构耦合处增加感抗元件，与电机高效匹配。关鍵词：高温超导，斯特林制冷机，数值模拟，性能测试，优化设计浙江大学硕士学位论文，，浙江大学硕士学位论文，虹，，浙江大学硕士学位论文主要符号表主要符号表英文字母：下标：声速，冷端定压比热容，热端制冷系数环境频率，压缩比焓，藤胀虚数单位不可逆长度，动态值质

7、量，平均值质量流量，幅值压力，水冷器压力变化率，冷端换热器热流，回热器气体常数，推移活塞熵，压缩腔比滴，膨胀腔时间，背压腔温度，希腊字母内能，时间，体积，声波波长，体积流量，比热容比位移，角速度，做功功率，相位，阻抗，相位角，浙江大学硕士学位论文目录目录摘主要符号表录研宄背景及意义液氮温区千瓦级大冷量回热式制冷机简介斯特林制冷机研究现状斯特林制冷机发展简史国外针对曲柄连杆驱动的大冷量斯特林制冷机的研究现状国内针对曲柄连杆驱动的大冷量斯特林制冷机的研究现状研宄中存在的问题本文工作斯特林制冷机的理论基础

8、制冷机工作原理斯特林循环分析方法制冷系统热力学分析制冷系统整体热力学分析理想制冷机内能量流分析相位理论交变参数的向量表示理想制冷机各部分的质量累计效应不可逆损失本章小结斯特林制冷机的数值模拟制冷机介绍制冷机结构及参数制冷机工作参数制冷机物理模型数值模拟软件介绍制冷机建模假设条件制冷机整机建模浙江大学硕士学位论文目录制冷机内工作状态分析能量流分布损失分析相位图优化设计相位优化电机匹配优化回热器优化水冷器优化本章小结斯特林制冷机的实验研究实验系统介绍驱动电机冷水机组真空绝