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與直線壓縮機(jī)最優(yōu)匹配的慣性管型脈沖管冷指的設(shè)計(jì)方法_3

文檔序號:9725367閱讀:來源:國知局
體積流率,表達(dá)式(6)中的仏:為慣性管8入口處的體積流率,次 為氣庫9入口處體積流率,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣壓力,Px-8為慣性管8中與氣庫9入口距離 為X位置處的動(dòng)態(tài)壓力,表達(dá)式(7)中的Z8為慣性管8入口處的阻抗;利用表達(dá)式(8)、表達(dá)式 (9)和表達(dá)式(10)計(jì)算熱端換熱器7入口處的動(dòng)態(tài)壓力,體積流率以及阻抗:
[0087]表達(dá)式(8)中的P7為熱端換熱器7入口處動(dòng)態(tài)壓力,p8為慣性管8入口處動(dòng)態(tài)壓力, 17為熱端換熱器7的長度,ω為角頻率,p7為熱端換熱器7中工質(zhì)氣體的密度,i為虛部,(卩7為 熱端換熱器7的孔隙率,A7為熱端換熱器7的橫截面面積,r7為熱端換熱器7中流阻,為熱 端換熱器7中與慣性管8入口距離為X位置處的體積流率,表達(dá)式(9)中的Ij7為熱端換熱器7 入口處的體積流率,{^為慣性管8入口處體積流率,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣壓力,Px-7為熱 端換熱器7中與慣性管8入口距離為X位置處的動(dòng)態(tài)壓力,表達(dá)式(10)中的Z7為熱端換熱器7 入口處的阻抗;利用表達(dá)式(11)、表達(dá)式(12)以及表達(dá)式(13)計(jì)算脈沖管6入口處的動(dòng)態(tài)壓 力,體積流率以及阻抗:
[0091]表達(dá)式(11)中的P6為脈沖管6入口處動(dòng)態(tài)壓力,P7為熱端換熱器7入口處動(dòng)態(tài)壓力, 表達(dá)式(12)中的[>&為脈沖管6入口處的體積流率,G7為熱端換熱器7入口處體積流率,I 6為 脈沖管6的長度,ω為角頻率,A6為脈沖管6的橫截面面積,i為虛部,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣 壓力,表達(dá)式(13)中的Z6為脈沖管6入口處的阻抗;利用表達(dá)式(14)、表達(dá)式(15)以及表達(dá) 式(16)計(jì)算冷端換熱器5入口處的動(dòng)態(tài)壓力,體積流率以及阻抗:
[0095]表達(dá)式(14)中的Ρ5為冷端換熱器5入口處動(dòng)態(tài)壓力,Ρ6為脈沖管6入口處動(dòng)態(tài)壓 力,I5為冷端換熱器5的長度,ω為角頻率,ρ5為冷端換熱器5中工質(zhì)氣體的密度,i為虛部, Φ5為冷端換熱器5的孔隙率,A5為冷端換熱器5的橫截面面積,r5為冷端換熱器5中流阻, 為冷端換熱器5中與脈沖管6入口距離為X位置處的體積流率,表達(dá)式(15)中的$為冷 端換熱器5入口處的體積流率,?ζ為脈沖管6入口處體積流率,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣壓 力,ρχ-5為冷端換熱器5中與脈沖管6入口距離為X位置處的動(dòng)態(tài)壓力,表達(dá)式(16)中的Z 5S 冷端換熱器5入口處的阻抗;利用表達(dá)式(17)、表達(dá)式(18)以及表達(dá)式(19)計(jì)算蓄冷器4入 口處的動(dòng)態(tài)壓力,體積流率以及阻抗:
[00"] 表達(dá)式(17)中的P4為蓄冷器4入口處動(dòng)態(tài)壓力,P5為冷端換熱器5入口處動(dòng)態(tài)壓力, I4為蓄冷器4的長度,ω為角頻率,p4為蓄冷器4中工質(zhì)氣體的密度,i為虛部,中4為蓄冷器4 的孔隙率,A4為蓄冷器4的橫截面面積,r4為蓄冷器4中流阻,£)^4為蓄冷器4中與冷端換熱器 5入口距離為X位置處的體積流率,表達(dá)式(18)中的泛4為蓄冷器4入口處的體積流率,仏為 冷端換熱器5入口處體積流率,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣壓力,px-4為蓄冷器4中與冷端換熱 器5入口距離為X位置處的動(dòng)態(tài)壓力,g為溫度梯度引起的控制源項(xiàng),表達(dá)式(19)中的Z4為蓄 冷器4入口處的阻抗;利用表達(dá)式(20)、表達(dá)式(21)以及表達(dá)式(22)計(jì)算級后冷卻器3入口 處的動(dòng)態(tài)壓力,體積流率以及阻抗:
[0103] 表達(dá)式(20)中的P3為級后冷卻器3入口處動(dòng)態(tài)壓力,P4為蓄冷器4入口處動(dòng)態(tài)壓力, 13為級后冷卻器3的長度,ω為角頻率,p3為級后冷卻器3中工質(zhì)氣體的密度,i為虛部,Φ3為 級后冷卻器3的孔隙率,A3為級后冷卻器3的橫截面面積,?為級后冷卻器3中流阻,為級 后冷卻器3中與蓄冷器4入口距離為X位置處的體積流率,表達(dá)式(21)中的[)3為級后冷卻器3 入口處的體積流率,么為蓄冷器4入口處體積流率,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣壓力,Px-3為級 后冷卻器3中與蓄冷器4入口距離為X位置處的動(dòng)態(tài)壓力,表達(dá)式(22)中的Z3為級后冷卻器3 入口處的阻抗;利用表達(dá)式(23)、表達(dá)式(24)以及表達(dá)式(25)計(jì)算連管2入口處的動(dòng)態(tài)壓 力,體積流率以及阻抗:
丨:
[0107] 表達(dá)式(23)中的P2為連管2入口處動(dòng)態(tài)壓力,P3為級后冷卻器3入口處動(dòng)態(tài)壓力,I 2 為連管2的長度,ω為角頻率,p2為連管2中工質(zhì)氣體的密度,i為虛部,A2為連管2的橫截面面 積,μ為動(dòng)粘性系數(shù),S2為連管2橫截面周長,δν為粘性滲透深度,化_2為連管2中與級后冷卻 器3入口距離為X位置處的體積流率,表達(dá)式(24)中的G2為連管2入口處的體積流率,Jj3為 級后冷卻器3入口處體積流率,γ為絕熱系數(shù),Pm為充氣壓力,ρχ-2為級后連管2中與級后冷 卻器3入口距離為X位置處的動(dòng)態(tài)壓力,表達(dá)式(25)中的Z2為連管2入口處的阻抗;
[0108] 步驟七:對比步驟六中計(jì)算得到的連管2入口的體積流率與步驟二計(jì)算得到的體 積流率值是否相等,如果相等,利用表達(dá)式(26)和表達(dá)式(27)分別計(jì)算脈沖管冷指10的制 冷量及制冷效率:
[0111] 表達(dá)式(26)中的為脈沖管冷指10的制冷量,(PV)5為冷端換熱器5入口處的聲 功,ε為蓄冷器效率,Cp等壓比熱容,Pm為充氣壓力,民為蓄冷器4入口處體積流率,4為冷 端換熱器5入口處體積流率,π為圓周率,Rg為氣體常數(shù),表達(dá)式(27)中的⑶P為制冷效率, (PV)2為連管2入口處的聲功,然后進(jìn)行步驟八;如果不相等,跳轉(zhuǎn)至步驟五,調(diào)整氣庫9入口 處的體積流率^.的初始值,并重復(fù)步驟六和步驟七;
[0112] 步驟八:比較步驟六中所得的連管2入口的阻抗值與步驟一計(jì)算所得的最優(yōu)脈沖 管冷指阻抗值,并同時(shí)比較步驟七中計(jì)算所得的制冷量和制冷效率與步驟三中的目標(biāo)制冷 量和制冷效率,如果均相等,那么設(shè)計(jì)完成,此時(shí)脈沖管冷指10各部件的尺寸能實(shí)現(xiàn)與直線 壓縮機(jī)1的最優(yōu)匹配。如果有一項(xiàng)不相同或均不相等,返回步驟六,調(diào)整脈沖管冷指10各個(gè) 部件的尺寸值,然后重復(fù)步驟六至步驟八。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種與直線壓縮機(jī)最優(yōu)匹配的慣性管型脈沖管冷指的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述 的設(shè)計(jì)方法包括以下步驟: 步驟一:慣性管型高頻脈沖管制冷機(jī)包括直線壓縮機(jī)(1),連管(2),級后冷卻器(3),蓄 冷器(4),冷端換熱器(5),脈沖管(6),熱端換熱器(7),慣性管(8),氣庫(9);其中連管(2), 級后冷卻器(3),蓄冷器(4),冷端換熱器(5),脈沖管(6),熱端換熱器(7),慣性管(8)以及氣 庫(9)組成了脈沖管冷指(10),直線壓縮機(jī)(1)和脈沖管冷指(10)通過連管(2)相連接;根據(jù) 電路類比模型,高頻脈沖管制冷機(jī)中的壓力被等效為電動(dòng)勢,體積流率被等效為電流,流 阻,流容以及慣性被分別等效為電路中的電阻,電容和電感,整個(gè)高頻脈沖管制冷機(jī)冷指可 以等效成為交流電路; 步驟二:測量給定直線壓縮機(jī)(1)中磁體的磁場強(qiáng)度,活塞的面積,活塞的機(jī)械阻尼,線 圈的長度,線圈的電阻,板彈簧的軸向剛度以及動(dòng)子質(zhì)量的大小,直線壓縮機(jī)(1)與脈沖管 冷指(10)匹配后的電機(jī)效率的表達(dá)式為:表達(dá)式(1)中的η為直線壓縮機(jī)(1)的輸入電功轉(zhuǎn)換為脈沖管冷指(10)入口處聲功的轉(zhuǎn) 換效率;IZaI為脈沖管冷指(10)阻抗的幅值,Θ為脈沖管冷指(10)阻抗的相位角,B為直線壓 縮機(jī)(1)中磁體的磁場強(qiáng)度;L為線圈長度;A p為活塞面積;b為活塞機(jī)械阻尼;Re為線圈電阻; m為動(dòng)子質(zhì)量,ω為角頻率;kx為板彈簧軸向剛度;基于壓縮機(jī)電機(jī)效率的表達(dá)式(1),得到 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配下的脈沖管冷指(10)阻抗的幅值,相位角以及運(yùn)行頻率; 步驟三:根據(jù)直線壓縮機(jī)(1)的可運(yùn)行最大活塞行程,設(shè)定合適的壓縮機(jī)活塞行程,并 根據(jù)活塞表面體積流率的計(jì)算表達(dá)式(2)得出直線壓縮機(jī)(1)出口處的體積流率大?。罕磉_(dá)式(2)中的0(;/;)為直線壓縮機(jī)(1)出口處體積流率,Ap為活塞面積,ω為角頻率,X為 活塞行程; 步驟四:根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求,設(shè)置合理的脈沖管冷指(10)的目標(biāo)制冷溫度,制冷量以 及制冷效率; 步驟五:賦予初值給脈沖管冷指(10)的各個(gè)部件,包括連管(2)的橫截面面積與長度, 級后冷卻器(3)的橫截面面積、長度及孔隙率,蓄冷器(4)的橫截面面積、長度、絲網(wǎng)直徑及 孔隙率,冷端換熱器(5)的橫截面面積、長度及孔隙率,脈沖管(6)的橫截面面積與長度,熱 端
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