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新型谐振管耦合型双效斯特林制冷机的数值模拟
  • ISSN号:1000-6516
  • 期刊名称:《低温工程》
  • 时间:0
  • 分类:TB651[一般工业技术—制冷工程]
  • 作者机构:[1]中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,北京100190, [2]中国科学院大学,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金(No.51376187),国家重点研发计划(No.2016YFB0901403)项目资助.
中文摘要:

结合经典双效斯特林制冷机结构与热声理论,提出一种谐振管耦合型双效斯特林制冷机,采用声学谐振管耦合斯特林发动机与斯特林制冷机,从而实现热驱动制冷,具有结构简单、潜在效率高、可靠性高、绿色环保的优点,在小型天然气液化、冷电联供以及空间探测领域有较大的应用潜力。针对实验室现有发动机和制冷机的参数,采用模拟软件Sage搭建了计算模型,计算验证了该结构的可行性。计算结果表明,在充气压力为3MPa,工作频率为50Hz,发动机压比为1.3条件下,该系统在80K的制冷温度可获得210W制冷量,整机炯效率为11.3%。同时进一步探究了系统内声场分布和主要部件炯损失,研究表明回热器内部声场偏离行波声场,谐振管中粘性损失较大和制冷机输入声功偏小是当前整机效率较低的主要原因。如果进行合理的优化设计,此类系统可以实现25%以上的整机炯效率。

英文摘要:

Combining the structure of the classical duplex Stirling cooler with thermoacoustics, this article puts forward a new type resonance tube coupled duplex free-piston Stirling cooler, in which a free-piston Stirling engine drives a free piston Stirling cooler. It has the advantages of potentially high efficiency, simple structure and high reliability. Using the parameters of a free piston Stirling engine and a free piston Stirling cooler existing in our laboratory, we built a calculation model based on Sage, to verify the feasibility of the novel system. The calculation shows that the system can provide 210 W cooling power, with a general exergy efficiency of 11.3% at 80 K in the condition that average pressure is 3 MPa, pressure ratio is 1.3 at the engine compression space and frequency is 50 Hz. Low exergy efficiency is simply due to the fact that both the engine and the cooler are originally designed for other purposes and some sacrifices on the performance are made to couple both together through the resonance tube. Exergy efficiency of similar systems could be improved to over 25% if the whole system could be re-designed.

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期刊信息
  • 《低温工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国航天科技集团公司
  • 主办单位:中国航天科技集团公司 北京航天试验技术研究所
  • 主编:杨思锋
  • 地址:北京丰台区云岗田城中里1号 北京7205信箱27分箱
  • 邮编:100074
  • 邮箱:dwgc@263.net
  • 电话:010-88538131
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6516
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2478/V
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 航天部科技期刊评比一等奖一次,航天部科技期刊评比三等奖二次
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),波兰哥白尼索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:3428