振荡流回热器的特性研究

论文摘要

斯特林机的诸多优点使其广泛应用,如何提高其工作效率使许多学者对其投入了大量研究。回热器作为其中的关键部件,其性能直接影响到整机的效率和特性。随着大量工作者的研究及斯特林技术的发展,对回热器的本质认识在不断的深入,在稳态流下对测量回热器性能的实验及获得相关关系式已将取得了很大的突破,而实际上回热器是工作在振荡流条件下的,其流动与传热特性与稳定条件下的特性有着明显的差别,特别是在斯特林机趋于向高频振荡方向发展,利用稳定流下得出的结论,误差显得十分突出。因此,对振荡流下回热器特性的研究具有重要的意义。本文主要是对振荡流下回热器的阻力特性进行实验研究和数值模拟。同时,提供了对回热器进行实验测试的实验平台,研究了其阻力特性在不同参数下的变化情况。首先,对设计实验台架所需要的元器件进行了计算分析,研制了振荡流下测量回热器阻力特性的实验平台,为回热器工作提供了实际的工作环境,研究了回热器在不同孔隙率、丝网堆叠长度、丝网堆叠方式以及两端存在温差时的动态压降特性。实验结果表明,丝网型回热器的长度及孔隙率对其两端的压降特性有显著的影响,其变化成线性关系,而在同条件下,回热器的丝网堆叠方式则没有什么影响。另外,在回热器两端加上一定的温差时,其压降特性也是随温差成线性变化的,压降幅值随温差的增大而增大。其次,针对板叠式回热器及丝网型回热器进行了数值模拟分析。板叠最为一种简单结构的回热器的,分析了工质在经过板叠通道时受粘性作用的影响,以及由于压力振荡引起的速度振荡情况,计算得到其横截面上的速度分布;对于丝网型回热器构建多孔介质模型,考察了孔隙率、流量、频率等因素对回热器动态特性的影响,验证了实验过程得出的结论,为优化设计整机提供了一定的指导作用。此外,详细介绍了目前研究过程中遇到的问题,以及解决的方法。对回热器在数值模拟方面的具体设置进行了简单的介绍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 斯特林机及回热器的研究现状
• 1.3 斯特林机的主要部件技术研究
• 1.4 本文的主要工作
• 2 斯特林机的热力循环
• 2.1 斯特林机循环
• 2.2 斯特林机回热器的热损失研究
• 2.3 回热器阻力特性的研究
• 2.4 本章小结
• 3 振荡流下回热器的实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验测试系统原理及元器件设计
• 3.3 实验装置介绍
• 3.4 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于Fluent 对振荡流下回热器的数值模拟
• 4.1 概述
• 4.2 关于板叠式回热器的模拟
• 4.3 圆管弯头处的压力速度模拟
• 4.4 关于丝网型回热器模拟
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 研究中遇到的问题
• 5.3 对进一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献