单级气动式斯特林制冷机耦合特性研究

摘要

近50年来，世界科技飞速发展，航空航天、低温超导、低温医疗、低温物理等得到了长足的进步，这使得小型低温制冷机在这些领域大规模应用。而斯特林制冷机是小型回热式低温制冷机中技术最为成熟、应用最为广泛的机种。斯特林制冷机又分为电控式和气动式结构，前者可以通过电控系统获得很好的相位，但是结构更复杂；后者结构虽简单紧凑，但难以获得好的相位(制冷机中质量流和压力波的相位差)。
　　本文针对气动型斯特林制冷机的研究难点，开展了如下工作：
　　（1）构建并完善了的从压缩机到膨胀机的动力学耦合模型，定性地揭示了各个重要参数之间的关系和它们对制冷机性能的影响，为气动型斯特林制冷机的理解和设计提供了新的视角。
　　（2）针对给定的气动型斯特林制冷机，基于Sage软件建立了数学模型，从定量的角度验证了所提出制冷机的整机动力学耦合模型。
　　（3）搭建了气动型斯特林制冷机的实验装置，对该制冷机在不同运行工况下的制冷性能和热端压比进行了实验验证，实验结果和模拟计算结果有较好的一致性，说明了所构建的Sage模型的准确性，以及间接说明了耦合理论的合理性。
　　最后，对耦合模型将来在气动型斯特林制冷机指导和分析中的应用进行了说明，希望该模型在未来能够带来价值。

目录

声明

主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 斯特林制冷机发展简介

1.3 单级气动型斯特林制冷机研究现状

1.4 斯特林制冷机的研究方法

1.5 目前存在的问题

1.6 本文的主要工作

1.7 本文主要创新点

1.8 本章小结

2 单级气动型斯特林制冷机的耦合模型

2.1 气动型斯特林制冷机的耦合研究现状

2.2 单级气动式斯特林制冷机的耦合模型分析

2.3 本章小结

3 气动型斯特林制冷机的数值模拟及定量分析

3.1 气动型斯特林制冷机的Sage建模

3.2 气动型斯特林制冷机的耦合定量分析

3.3 气动型斯特林制冷机参数分析

3.4 压缩机和膨胀机的阻抗耦合分析

3.5 本章小结

4 气动型斯特林制冷机实验装置

4.1 实验装置

4.2 驱动系统

4.3 绝热系统

4.4 测量系统

4.5 测量误差分析

4.6 本章小结

5 气动型斯特林制冷机实验研究

5.1 制冷机实验的降温曲线

5.2 制冷机性能的实验结果

5.3 实验与数值模拟的验证

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢