旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)在工作時(shí)會(huì)放熱,主要包括壓縮放熱、驅(qū)動(dòng)元器件放熱和電機(jī)定子放熱,放熱引起的溫升會(huì)影響制冷機(jī)和紅外系統(tǒng)的性能。本文利用Ansys有限元軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)進(jìn)行瞬態(tài)熱仿真分析,得到制冷機(jī)各零件的溫度分布。模擬結(jié)果表明,在對(duì)流換熱系數(shù)為3 W/（m²·℃）條件下,制冷機(jī)表面電機(jī)外殼溫度最高,最高溫度為外殼中心（36.85℃）,沿壓縮端、冷指端兩個(gè)方向,溫度逐漸降低。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果基本一致,證明了模擬方法的有效性。忽略對(duì)流換熱,對(duì)制冷機(jī)進(jìn)行散熱仿真優(yōu)化后,有效抑制了制冷機(jī)溫升,制冷機(jī)整體溫度降低約4℃。 

【文章來(lái)源】：低溫與超導(dǎo). 2020,48(02)北大核心

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【部分圖文】：

旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)三維簡(jiǎn)化模型

從表1中可看出,除壓縮端蓋表面中心之外,其它三個(gè)特征點(diǎn)的仿真與實(shí)驗(yàn)得到的溫度差均≤0.5 ℃。對(duì)于壓縮端蓋表面中心,仿真結(jié)果要比實(shí)驗(yàn)結(jié)果高4 ℃,分析產(chǎn)生誤差的原因主要由以下三個(gè)方面:(1)實(shí)驗(yàn)室壓縮端蓋底面固定安裝在鋁板上,壓縮端蓋將熱量傳遞到鋁板,導(dǎo)致自身溫度降低;(2)壓縮端蓋與曲軸箱通過(guò)四顆螺釘連接,接觸面存在熱阻,仿真時(shí)沒(méi)有考慮接觸面的熱阻;(3)為簡(jiǎn)化制冷機(jī)模型,仿真時(shí)去除了制冷機(jī)內(nèi)部的偏心軸、壓縮活塞等零件,忽略了壓縮端熱源與這些零件的熱傳導(dǎo)。仿真的邊界條件與實(shí)際狀態(tài)存在客觀差異,導(dǎo)致壓縮端蓋溫度不可避免存在誤差。表1 仿真與實(shí)驗(yàn)溫度結(jié)果對(duì)比Tab.1 Comparison of simulation temperature with experimental temperature單位:℃ 電機(jī)外殼上表面中心 電機(jī)外殼側(cè)面中心 背部驅(qū)動(dòng)蓋板表面中心 壓縮端蓋表面中心 仿真值 36.85 36.37 36.52 36.63 實(shí)驗(yàn)值 36.82 35.88 36.16 32.56

由式(6)可知,當(dāng)電機(jī)外殼和環(huán)境溫度一定時(shí),換熱面積越大,輻射換熱量越大,因此在原制冷機(jī)電機(jī)外殼基礎(chǔ)上,將原來(lái)粗槽優(yōu)化為細(xì)槽,如圖6所示。優(yōu)化后細(xì)槽散熱片的厚度為0.7 mm、槽寬為0.7 mm,相比原槽寬3 mm粗槽,散熱面積明顯增大,熱輻射能力明顯增強(qiáng)。經(jīng)計(jì)算,優(yōu)化前的電機(jī)散熱面積為26 168.4mm2,優(yōu)化后散熱面積為37 324.7mm2,面積增加11 156.3mm2,增長(zhǎng)42.6%。4.3 背部驅(qū)動(dòng)元器件散熱

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器可靠性相關(guān)技術(shù)研究[D]. 陳星.中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所） 2014



本文編號(hào)：3476299