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
余国瑶
,
朱尚龙
,
戴巍
,
罗二仓
,
王晓涛
工程热物理学报
优化设计并研制了一小冷量液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机,系统轴向长度仅为1.2 m.针对之前系统热效率较低问题,在数值计算的指导下,对高频驻波热声发动机的板叠流道尺寸和热腔进行了优化,并对声压放大器进行了调整.采用4.0 MPa氦气为工质,在发动机端加入750 W加热量获得了68.3 K的最低制冷温度,这是目前国际上报道的高频热驱动脉冲管制冷机的最低制冷温度.加入500 W加热量时,制冷机获得了76.9 K的无负荷最低制冷温度,在80 K时有0.2 W的制冷量.
关键词:
高频
,
驻波热声发动机
,
脉冲管制冷机
,
制冷量
徐静远
,
余国瑶
,
张爽
,
戴巍
,
罗二仓
工程热物理学报
高频脉冲管制冷机具有较高的能量密度和比功率,具有重要的发展前景.本文对采用纤维毡作为回热器填料的300 Hz两级脉冲管制冷机进行了数值模拟.首先优化了系统尺寸,考察了系统平均压力与制冷机入口压比对系统性能的影响;重点研究了不锈钢纤维毡的丝径和孔隙率对制冷机性能的影响,并且将最优尺寸下不锈钢丝网和纤维毡作为填料时对制冷机性能影响进行了对比.当制冷机入口压比为1.2时,纤维毡作为回热器填料的系统获得了26.4 K的无负荷冷头温度,相比丝网作为填料的系统下降了近10 K,此时不锈钢纤维毡丝径为8μm,孔隙率为85％.
关键词:
不锈钢纤维毡
,
脉冲管制冷机
,
高频
,
无负荷温度
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
戴巍
,
罗二仓
,
余国瑶
,
胡剑英
,
张泳
工程热物理学报
双行波热声制冷机因为其内禀的高效率、热驱动及无运动部件的优点,非常有潜力成为常规制冷方式的一种替代技术.为了详细地研究它的工作特点,我们发展了一套较完整的热声模拟程序,可以准确地预测系统工作频率,在一定的误差范围内给出系统的热力性能,并对系统起振的难易程度进行有效的判断.借助于此套程序,我们对行波发动机驱动的行波制冷机进行了数值模拟,主要是对它们之间两种不同的耦合方式(旁通耦合和末端耦合)进行了对比,初步实验结果显示了程序的有效性.
关键词:
行波
,
热声发动机
,
热声制冷机
,
耦合
栗鹏
,
余国瑶
,
公茂琼
,
姚冠辉
,
吴剑峰
工程热物理学报
在主动式磁回热制冷机中,由于温跨变化、磁场分布不对称、磁回热器和永磁体气隙长度不一致、磁回热器间相位的影响,采用热力学方法来计算磁功耗会产生较大的误差.本文依据经典分子场理论,建立了通过计算磁力来估算磁功耗的方法,采用该方法可以对磁回热器和永磁体气隙长度比(δ),以及磁回热器之间相位差进行分析和优化设计.分析结果表明,磁回热器温跨的增大会使磁力峰值和消耗磁功率增大,当δ在0到1的范围变化时,磁力峰值和磁功率均存在极大值;当右侧回热器相位超前左侧回热器π时,消耗的磁功率最小,且随着温跨的增加,对应最小磁功率的相位差增大.
关键词:
主动式磁回热制冷机
,
永磁体
,
磁力
,
磁功率
余国瑶
,
罗二仓
,
张晓东
,
戴巍
,
朱尚龙
工程热物理学报
高频热声斯特林发动机具有体积小,热效率高和无机械运动部件等特点,是驱动脉冲管制冷机等回热式制冷机的理想的压力波发生器.本文设计并研制了一高频热声斯特林发动机系统,实验研究了系统布置方位和工作介质对发动机性能的影响.实验结果发现布置方位对起振温度的影响较大,对稳定振荡的波动压力振幅和加热温度影响较小.采用氦气、氮气、氩气和二氧化碳作为工质,工作频率分别是314 Hz、108 Hz、98 Hz和76 Hz时,其压比分别达到了1.17、1.23、1.22和1.24.
关键词:
高频
,
热声斯特林发动机
,
布置方位
,
工质
张丽敏
,
吴张华
,
余国瑶
,
戴巍
,
罗二仓
工程热物理学报
对于多缸双作用热声发电机,当各单元结构完全一致时,各单元的工作状态也是相同的.但仅有一个电机的单个参数发生改变时,各单元的工作状态均会受到影响,且呈现出明显的不一致性,各单元间还会出现复杂的耦合影响.本文从理论上分析了电机参数不一致时,可以通过调整本单元电机的外接电阻和电感的方法来抑制电机不一致性对其它单元的影响,将不一致性的影响降到最低.并对一台三缸双作用热声发电机进行了数值模拟,验证了该方法的有效性.
关键词:
双作用
,
热声发电机
,
不一致性
王晓涛
,
喻力弘
,
余国瑶
,
戴巍
,
罗二仓
工程热物理学报
脉冲管制冷机在更高频率下运行能够大幅提高能量密度,有利于系统体积与质量的减小.据此本文开展了300Hz级超高频电驱动同轴脉冲管制冷机的研究.首先分析了直线压缩机与制冷机匹配特性,通过调节前腔体积,使得压缩机在280Hz附近谐振,并能够提供制冷机运行所需压比.实验中取得了最低无负荷冷头温度63.3 K,在80 K获得了1.0W的制冷量,消耗声功约为44 W,以声功计算相对卡诺效率达到6.2％.实验中系统考察了整机性能随惯性管长度、运行频率和平均压力的变化趋势.
关键词:
直线压缩机
,
脉冲管制冷机
,
阻抗匹配
,
超高频
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
