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为了提高电镀金刚石工具的质量,采用脉冲电沉积纳米镍作为其胎体材料.在对其显微结构、晶粒尺寸、显微硬度及抗拉强度的测试基础上,确定了制备工具合适的电镀工艺参数.结果表明,在恒定脉冲模式下(脉冲导通时间2 ms,脉冲断开时间45 ms),镀层晶粒尺寸随电流密度的上升而明显下降,硬度与强度则显著上升,当电流密度超过8 A/dm2时,抗拉强度开始急剧下降而硬度保持6 kN/mm2 的高位基本不变,当超过12 A/dm2 时,硬度也开始下降.同时得到最大硬度与强度时材料的晶粒尺寸大约为20 nm,由其制出的工具切割使用寿命比普通Ni-Co胎体材料工具高20.2%.

关键词: 电沉积 , 纳米材料 , 镍 , 金刚石 , 工具

热声斯特林发电系统的实验研究

吴张华 , 李山峰 , 罗二仓 , 戴巍

工程热物理学报

本文介绍了一台由热声斯特林发动机及其驱动的直线发电机组成的热声斯特林发电系统原理样机.一方面为满足发电机与发动机间体积流率和相位的匹配要求,另一方面为了能在直线发电机活塞处获得较好的压力波与体积流率间相位关系、提高直线发电机的电功输出能力,装置保留了发动机原有的锥形谐振管.初步实验以氦气为工质,在2.5MPa平均压力、64Hz工作频率下,获得了97W的电功.本文还分析了该热声发电系统的效率,得出直线发电机声电转换效率超过了0.8.然而由于谐振管耗散了大量的声功,目前整机的热电转换效率还较低.

关键词: 热声发电 , 热声斯特林发动机 , 直线发电机

带预冷的4K斯特林型脉管制冷机设计

甘智华 , 李卓裴 , 陈杰 , 邱利民 , 代黎

工程热物理学报

本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氦温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.

关键词: 斯特林型 , 脉管制冷机 , 回热器 , 低温惯性管 , 液氦温区

自由活塞斯特林热泵的理论与实验研究

李珂 , 余国瑶 , 张益炳 , 廖旭 , 戴巍 , 罗二仓

工程热物理学报

自由活塞斯特林热机取消了传统斯特林热机的曲柄连杆结构,具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点.但目前的研究热点多集中于自由活塞斯特林发动机与制冷机,对自由活塞斯特林热泵的研究关注很少.本文设计了一台电驱动自由活塞斯特林热泵,首次提出并采用了热机部分反向布置的结构,彻底避免了高温端换热器对直线电机造成的不利影响,并给出了实验结果.该热泵在--20～50℃的泵热温差下获得了1.4的整机COP.利用热声理论,本文对该热泵进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,初步考察了热泵在不同泵热温差、不同输入电功以及不同运行频率的工作特性.

关键词: 斯特林热泵 , 自由活塞 , 反向布置 , 直线电机 , 热声

空间斯特林发电机热头结构设计及分析

霍英杰 , 张安 , 张学林

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2015.01.002

空间斯特林发电机热头在工作中要承受严酷的高温高压的工况,为了保证其长寿命和高效换热等要求,需要对斯特林发电机热头的材料、结构等方面进行分析和优化设计.本文初步介绍了空间斯特林发电机热头结构设计的要求和准则,分析了热头结构设计的难点和关键点及解决途径.采用有限元分析方法,开展了斯特林发电样机热头的温度和压力综合应力分析和热头结构的优化设计.加工完成的热头结构的工作性能满足斯特林发电机样机的要求,初步验证了设计方法和途径的正确性.

关键词: 空间 , 斯特林发电机 , 热头 , 结构 , 设计 , 分析

液氮温区大冷量自由活塞斯特林制冷机实验研究

张丽敏 , 余国瑶 , 李小伟 , 戴巍 , 罗二仓

工程热物理学报

自由活塞斯特林制冷机是一种结构紧凑、效率高、运动部件少、可靠性高的回热式制冷机.随着高温超导发展的需求,液氮温区大冷量自由活塞制冷机成为重要发展趋势之一.本文搭建了一台液氮温区大冷量自由活塞斯特林制冷机,初步实验获得60 K以下的无负荷制冷温度.在80 K获得了78 W的冷量,制冷机相对卡诺效率为18.8％.这是国内首台液氮温区大冷量(＞50 W)自由活塞斯特林制冷机.分析表明,通过对冷端换热器结构的改进,冷量及效率将进一步提升.

关键词: 自由活塞 , 斯特林 , 低温制冷机

单级斯特林型脉管制冷机的能量流分析

曹强 , 邱利民 , 甘智华 , 俞益波 , 植晓琴

工程热物理学报

斯特林型脉管制冷机结构紧凑、可靠性和效率高,具有广阔的应用前景.为了开展脉管制冷机的工作机理研究,本文进行热力学模拟计算,研制了一台单级斯特林型脉管制冷机.当输入300 W电功时,获得了35.1 K的无负荷温度,在77.0 K提供9.0 W的制冷量,达到了设计目标.结合本文实例,开展了脉管制冷机内部能量流分析,定量给出了制冷机各部分的损失,进而指出了减小损失的途径,为制冷机整机效率的提高奠定了基础.

关键词: 斯特林型 , 脉管制冷机 , 能量流分析

千瓦级自由活塞斯特林发电机研究

李珂 , 余国瑶 , 张益炳 , 廖旭 , 戴巍 , 罗二仓

工程热物理学报

自由活塞斯特林发电机具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点.但其研究机构多集中于美国,国内的相关研究很少,且缺乏实验研究.为此,本文按照热声理论设计了一台1 kW电功级自由活塞斯特林发电机,并对其进行了实验研究,主要考察了不同热源温度下发电机的工作特性,获得了最大762 W的电功输出,此时热电效率为19.1％,这也是目前国内所报道过的最高热电效率.同时,本文将实验与热声理论的计算值进行对比,结果表明,实验与计算结果能够较好地吻合.

关键词: 斯特林发电机 , 自由活塞 , 直线电机 , 热声