斯特林制冷機(jī)循環(huán)模擬及板簧參數(shù)化研究.pdf

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

2、作過(guò)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?zé)崞鲀?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(dòng)的方向有關(guān)。
　　2.通過(guò)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(duì)3種板簧進(jìn)行橫向和縱向

3、對(duì)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(xiàn)性變化。同時(shí)通過(guò)模態(tài)分析得到板彈簧的本征頻率。最終得到:圓漸開(kāi)線(xiàn)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(jī)系統(tǒng)的輕量化。
　　3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的軸向位移比有限元分析結(jié)果小,誤差在15％以?xún)?nèi)。實(shí)驗(yàn)研究了直線(xiàn)電機(jī)諧振特性。