斯特林制冷機循環(huán)模擬及板簧參數(shù)化研究.pdf

1、斯特林低溫制冷機在航空航天、紅外探測等領(lǐng)域有著重要應用。若能在降低制造成本的前提下發(fā)揮其高效率、長壽命的優(yōu)勢,則有望開拓其在普冷、熱泵領(lǐng)域的應用。開發(fā)者若能深入理解工質(zhì)的熱力及流動過程、使用常規(guī)材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)達到工藝要求,有望大幅降低斯特林制冷機的應用門檻,推動斯特林技術(shù)進入成熟期。在此背景下,本文主要開展了以下三方面的工作:
　　1.建立了斯特林制冷機的控制方程和不考慮壓降的絕熱數(shù)學模型,用Matlab建立仿真程序,得到了系統(tǒng)工

2、作過程的一般規(guī)律:各部件內(nèi)氫氣的溫度、壓力和質(zhì)量、系統(tǒng)內(nèi)壓力、循環(huán)功等隨曲軸轉(zhuǎn)角均按照正弦規(guī)律變化,壓縮腔做功比膨脹腔要多,冷腔內(nèi)氫氣質(zhì)量平均值約為壓縮腔內(nèi)氫氣質(zhì)量平均值的3.14倍,回熱器內(nèi)氫氣質(zhì)量平均值分別為冷量換熱器和冷卻器內(nèi)氫氣質(zhì)量平均值的2.28倍和2.36倍。室溫腔與冷量換熱器交界面溫度變化規(guī)律跟氫氣流動的方向有關(guān)。
　　2.通過改變作用在板簧上的載荷、板簧厚度和溝槽寬度等參數(shù),用有限元分析方法對3種板簧進行橫向和縱向

3、對比分析。分析結(jié)果表明:增加板簧厚度比減小溝槽寬度能得到更大彈性系數(shù)的板簧;在彈性限度內(nèi),軸向力、徑向力分別與軸向位移、徑向位移成正比;板簧的軸向剛度與厚度呈三次方變化關(guān)系,而徑向剛度與厚度成線性變化。同時通過模態(tài)分析得到板彈簧的本征頻率。最終得到:圓漸開線板簧可以提供較大的軸向剛度與徑向剛度和較高的本征頻率,有利于整機系統(tǒng)的輕量化。
　　3.通過實驗測量的軸向位移比有限元分析結(jié)果小,誤差在15％以內(nèi)。實驗研究了直線電機諧振特性。