基于非熱平衡的單級(jí)斯特林型脈管制冷機(jī)CFD模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、單級(jí)斯特林型脈管制冷機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、高效、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、超導(dǎo)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法在描述多維流動(dòng)和傳熱特性方面具有較好的適用性，在脈管制冷機(jī)理研究中已獲得初步應(yīng)用。然而，相關(guān)CFD軟件中用來(lái)模擬回?zé)崞骱蛽Q熱器的多孔介質(zhì)模型是一個(gè)熱平衡模型，與實(shí)際不符。同時(shí)，由于脈管制冷機(jī)內(nèi)部存在強(qiáng)烈的非線性效應(yīng)，各參數(shù)的實(shí)際動(dòng)態(tài)變化以及氣體微團(tuán)的熱力學(xué)循環(huán)等，只有理論上的定性分析，缺少定量研究。另外，慣性

2、管是斯特林型脈管制冷機(jī)采用的主要調(diào)相機(jī)構(gòu)，目前三種常用計(jì)算慣性管的方法均基于一維、小壓比的層流假設(shè)推導(dǎo)而來(lái)，無(wú)法精確描述湍流和邊界層效應(yīng)，給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)較大的偏差。鑒于此，本文主要開(kāi)展了以下工作：
　　 1.本文重點(diǎn)對(duì)多孔介質(zhì)模型中的熱平衡假設(shè)進(jìn)行了改進(jìn)，采用基于非熱平衡假設(shè)的多孔介質(zhì)模型對(duì)單級(jí)斯特林型脈管制冷機(jī)進(jìn)行了CFD模擬。對(duì)換熱系數(shù)，壓降和有效導(dǎo)熱系數(shù)等一系列經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和物性參數(shù)進(jìn)行分析，建立更接近實(shí)際的脈管制冷機(jī)模型。采

3、用改進(jìn)后的模型進(jìn)行迭代計(jì)算，獲得了制冷機(jī)內(nèi)部壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。重點(diǎn)分析了壓力、速度、溫度等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程以及制冷機(jī)各部件內(nèi)氣體微團(tuán)的熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程，進(jìn)一步加深了對(duì)脈管制冷機(jī)工作機(jī)理的認(rèn)識(shí)。
　　 2.本文分析了慣性管內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)和計(jì)算慣性管的三種傳統(tǒng)方法，揭示出計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值存在較大誤差的原因。利用Fluent自帶的多種湍流模型和近壁處理方法，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)比較找到了最適用的慣性管計(jì)算模型。
　　 3.搭建了單級(jí)