基于大冷量斯特林低温制冷机仿真及试验

斯特林制冷机是一种结构紧凑、效率高、可靠性高的回热式制冷机。文章利用Sage软件对斯特林制冷机进行数值模拟,并对整机进行试验研究,以确定各工作参数和各部件几何参数对制冷性能的影响,并对该制冷机在深冷温区的制冷量进行理论预测。通过试验,初步可知无负载制冷温度为70 K;110 K时,获得507 W的制冷量,制冷机相对卡诺效率为21.3%。试验结果显示,试验机各缸存在最佳频率,且随着充气压力的提高,制冷效率也随之提高。由此可知,更换回热器结构能进一步提高斯特林制冷机的制冷效率。     

消息报导

第二届国际斯特林发动机会议即将在上海举行第二届国际斯特林发动机会议定于今年六月二十一日至二十四日在上海召开。这次会议由中国造船工程学会、中国工程热物理学会联合主办;中国造船工程学会轮机学术委员会组织筹备。斯特林发动机(国内习惯称为热气机)是一种可燃用多种燃料的新型发动机,国外已有数十年的研究历史,特别是石油危机以来,更引起了各国的重视,并在理论探讨和实机研制方面取得了进展。我国亦已将斯特林发动机的开发研究列入国家重点科技发展项目,因而在我国举办国际斯特林发动机会议必将推进我国对斯特林发动机的研究和发展工作。会议在应征论文过程中得到了加拿大、英国、日本、美国及意大利等八国学者的热情支持,     

双作用斯特林发动机活塞环性能分散性研究

活塞环密封是双作用斯特林发动机的关键技术，特别是活塞环性能的分散性将引起各缸间压力不均匀并导致发动机性能恶化。本文借助计算机仿真技术对双作用斯特林发动机活塞环的泄漏性能进行了研究，得出了一些结论，对进一步研究具有较大的指导作用。     

斯特林发动机高背压燃烧换热性能影响因素分析

高背压燃烧是斯特林发动机的重要特性之一。通过使用经试验修正后的一维稳态计算方法对斯特林发动机燃烧室进行计算,分析燃烧换热性能的各个影响因素,如燃烧室尺寸、加热管尺寸、翅片尺寸等,明确设计中的关键点,有助于提高整机的燃烧效率,最终提高整机性能。     

基于斯特林发动机的第5代非核动力潜艇方案设计

对于使用斯特林发动机的第5代非核动力潜艇,研究了不同排水量下的潜艇设计方案,得到了水下最大航速、水下经济航速、水下低噪声航速、水下不间断续航力、斯特林发动机需求功率等主要技战术性能指标之间的关系,并对不同水下排水量的潜艇设计方案进行了比较。本文对于使用斯特林发动机用于第5代非核动力潜艇设计具有参考价值。     

斯特林发动机中天然气扩散燃烧的数值分析

本文应用数值模拟,对斯特林发动机中天然气的燃烧进行了全尺寸三维模拟.空气预热温度、旋流数和过量空气系数对斯特林燃烧室速度场、温度场分布以及排放有重要影响,本文分别对这些参数进行了优化.预测了优化后燃烧室的速度场、温度场的分布,以及NOx和CO的浓度场分布,得到了吸热部件周围的流动形式.模拟结果为抑制NOx和CO的排放和进一步提高换热效率以及发动机的效率提供了指导.     

斯特林发动机－未来的AIP系统

考库姆公司的斯特林AIP系统是目前最成熟的不依赖空气的推进系统，正运行在几型潜艇上。对斯特林发动机系统的研究使得其性能优于其他AIP系统，并且作为瑞典国防装备局的一个长期项目，其发展将满足下一代潜艇的需求目标。考库姆公司在生产Mk2型发动机的同时，开始投资研制用于下一代潜艇的Mk3型发动机，有可能将斯特林AIP系统作为主动力源。Mk3型发动机以Mk2型发动机为基础，但在功率和效率两个方面有所改善，Mk3型发动机计划于2003年开始生产。论述斯特林AIP潜艇的运行经验。包括斯特林AIP系统的设计详细情况，介绍Mk3型发动机研制的计划，工作和结果。     

基于U-212潜艇的第5代非核动力潜艇初步设计

提出了斯特林发动机以其在潜艇AIP装置上的综合性能优势,将是第5代非核动力潜艇动力装置的首要选择。以德国U-212级潜艇为设计原型,对使用斯特林发动机的第5代非核动力潜艇进行初步设计,通过估算,得到了潜艇动力装置功率与潜艇排水量、航速之间的关系,给出了在不同潜艇排水量下的动力装置需求功率、最大水下航速、经济航速、续航力等技战术参数。     

船用燃气轮机回热器设计的数值研究

回热器是提高船用燃气轮机效率的关键部件,其性能的优劣直接影响燃气轮机的特性。以往的文献在介绍回热器设计时,没有考虑冷热两侧气体(分别为空气和燃气)不同的热力性质。考虑这一实际情况,以某型船用三轴简单循环燃气轮机为母型进行回热改造,采用迭代计算的方法,编制计算程序,进行回热器的数值设计,并分析其对燃气轮机的性能的影响。结果表明,随着回热器回热度的增大,燃气轮机的效率不断提高;但当回热度超过一定值时,效率不仅不再提高,反而有所降低。     

安静型潜艇的AIP动力系统及其废气管理

介绍了常规动力潜艇推进系统及不依赖于空气的动力系统(AIP),比较了闭式循环柴油机、斯特林发动机、闭式蒸汽轮机装置以及燃料电池等4种基本AIP系统各自的特点,分析了自主式水下动力系统废气排放对潜艇性能,尤其是隐蔽性的影响,最后阐述了AIP系统废气的吸收、压缩式处理方法。     

环境温度和进气压力损失耦合作用下的燃气轮机性能

采用变比热容并考虑油气比变化对系统的影响,建立了一种非线性的考虑容积惯性的双轴燃气轮机动态仿真模型.基于不同的工况,获取进气系统的压力损失变化规律;并耦合燃气轮机在不同环境温度下的实际运行需求,对燃气轮机的性能进行了仿真研究和计算.结果表明:随着燃气轮机工况的增加,进气系统的压力损失按接近2次方规律增加;在高温和高工况条件下,燃气轮机的有效输出功率和热效率下降明显.所得结果可为燃气轮机的优化设计和使用提供理论基础和决策参考.     

基于大冷量斯特林低温制冷机仿真及试验

斯特林制冷机是一种结构紧凑、效率高、可靠性高的回热式制冷机。随着液化天然气的广泛利用,深冷范围的大冷量斯特林制冷机成为关注的焦点之一。本文采用数值计算软件Sage对制冷机进行数值模拟,并进行整机试验研究。确定各工作参数和各部件几何参数对制冷性能的影响,对该制冷机在深冷温区的制冷量进行理论预测。初步试验得到70K无负载制冷温度。在110K获得了507W的冷量,制冷机相对卡诺效率为21.3%。试验结果显示,对试验机各缸存在最佳频率,且随着充气压力的提高制冷效率随之提高。更换回热器结构能进一步提高制冷机效率。     

FSAE赛车发动机进气歧管噪声分析

以FSAE赛车CBR600型汽油发动机进气歧管为研究对象,在不降低发动机动力学性能的前提下,分析与改进进气歧管气动噪声.基于计算流体力学与声学理论,根据现有发动机性能参数,通过GT-Power软件创建二维赛车发动机进排气系统模型.计算发动机在6 000 r/min工况下的进气情况,并将该结果作为流体计算的初始条件.采用CFD软件进行稳态与瞬态流体分析,分析发动机在该工况下进气歧管内部气体流动与压力分布情况.将瞬态流体计算结果与声学软件LMS Virtual Lab Acoustics耦合计算,得到进气歧管表面声场分布与辐射噪声,分析结果表明低频噪声是该进气系统主要的噪声源.通过改进进气管长度和谐振腔容积确定3个结构改进方案.从定性的角度比较分析,优化后进气歧管进气噪声得到降低,且发动机动力学性能有所提升,最终确定方案3为最优方案.     

部分预混耦合EGR对天然气直喷发动机的影响

以一台四冲程高压直喷天然气发动机为研究对象,模拟研究了5种天然气预喷量耦合5种废气再循环（EGR）率对部分预喷天然气发动机的燃烧和排放特性的影响。结果表明,相比于高压直喷模式,部分预喷模式有着更高的缸内峰值压力、峰值热释放率和最大压力升高率。预喷比例的增加会提前发动机燃烧相位、缩短燃烧持续期,进而降低发动机的指示燃料消耗率,但是EGR的加入会削弱这种效果。较高的预喷量耦合中等比例EGR能够削弱NOx-soot的“trade-off”关系;30%EGR率耦合40%预喷量能够使发动机具有较低的指示燃油消耗率,产生较低的甲烷、未燃HC和CO排放,以及优于非预喷方案的NOx和soot排放特性。     

2000吨级斯特林发动机AIP潜艇方案论证研究

对采用斯特林发动机作为主动力装置的2000 t级排水量非核动力潜艇进行了方案论证研究,给出了潜艇动力装置功率、最大水下航速、经济航速、低噪声航速、水下不间断续航力、自持力等主要技战术性能指标,提出了不同的斯特林发动机动力装置方案并进行了比较。研究表明,2000 t级排水量非核动力潜艇采用斯特林发动机作为主动力装置,其主要技战术性能指标均超过现役非核动力潜艇。     

以液化天然气作为燃料的斯特林发动机

阐明AIP的斯特林发动机采用液化天然气和氧作为燃料是合适的，而用柴油作为燃料是不可取的论据。对潜艇AIP动力装置的废气排放问题作了讨论，提出了将燃烧产物冷凝或将废气返回到燃烧室的两种处理方案。关于使用液化天然气的新观点，使AIP动力装置产生重要的改变，提高了斯特林发动机的工作效率。     

斯特林发动机AIP在潜艇上的应用

斯特林发动机是澳大利亚海军考虑有可可能装新型：科林斯“级潜艇遥一种可供选择的不依赖空气推进系统。     

简谈涡轮增压

内燃机在船舶上已得到广泛应用。涡轮增压是增加内燃机功率的重要途径。通过涡轮增压,发动机功率可大幅度提高,而发动机重量及大小仅有少量增加。涡轮增压是增压的一种特殊形式,它的压气机是由排气涡轮驱动的。对发动机进气进行增压的想法,在本世纪初就有人提出来了。进气增压后,进入发动机的空气量增加,进入缸内的油量也就允许相应增加。这样,发动机的功率输出可以提高。而且,由于机械损失并不仅仅取决于功率输出,因此效率也得到改善。当然,效率最终是     

鱼雷发动机三组元比例控制器数值模拟

利用计算流体力学软件Pumplinx模拟鱼雷发动机中三组元比例控制器的内部流场,分析计算中不同压差情况下对比例控制器性能的影响,以及叶片与定子间间隙大小对于比例控制器性能的影响,同时对不同叶片数目下性能进行对比。计算结果表明:由于比例控制器为被动旋转马达结构,其转速和流量均随时间呈周期性脉动变化,随着工作压差增大,转速脉动幅度基本保持不变,而流量和扭矩脉动幅值增加;随着间隙增大,泄漏量增大,但流量、扭矩、转速脉动幅值大幅降低,出口流量较为平稳;叶片数目增多后比例控制器转速降低、排量降低。由计算结果推断出目前比例控制器的最优叶片数目为4。本文可为进一步研究比例控制器精度问题提供参考。     

水介质复合消声器传递损失特性分析

为了降低水介质管路系统的低频噪声以及更加准确地预测水介质消声器传递损失,设计一种水介质复合消声器,使用结构声耦合数值模型分析消声器的声学特性。计算壁厚为150 mm的穿孔管消声器传递损失,并与刚性条件下的数值结果进行比较,验证方法的正确性;研究弹性腔壁与水介质的耦合作用以及不同结构参数的穿孔管和内插管对消声器传递损失的影响。数值研究表明：复合消声器的消声效果相较于传统的穿孔管消声器有较大提升;降低腔壁材料的弹性模量会使结构声耦合效应增强,低频消声性能得到提高;增加腔壁材料的阻尼系数,通过频率处的消声效果得到提高;减小腔壁壁厚有利于低频消声效果的提高,但不利于宽频范围的消声性能;复合消声器内加入内插管后,消声效果在较大频率范围内得到提升;改变穿孔管的结构参数,对低频消声效果影响不大。