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原文传递基于纯电动汽车空调系统的斯特林热泵性能研究

论文题名：	基于纯电动汽车空调系统的斯特林热泵性能研究
关键词：	纯电动汽车;空调取暖系统;斯特林热泵;偏心型柔性弹簧
摘要：	对于纯电动汽车空调取暖系统，采用逆向斯特林循环自由活塞斯特林热泵的新型空调系统，使用“绿色”制冷剂，其效率与传统蒸汽压缩式热泵空调系统相当，在环保及节能方面具有明显的优势。本文开展的工作以高效、节能的纯电动汽车空调取暖系统为目的，针对纯电动汽车空调领域，研究设计出一台自由活塞斯特林热泵，将理论与实验紧密结合，展开了一系列研究工作。　　确定了自由活塞斯特林热泵的设计参数。依据斯特林机参数的工程计算方法，推导出斯特林热泵动力活塞扫气容积、无益容积比、扫气容积比以及配气活塞气缸容积等参数的计算公式，利用公式计算得到了各参数的具体值。　　利用无量纲的Schmidt分析方法探究了相位差、无益容积、压力比对无量纲制热量的影响以及整机的理论制热性能。建立了Schmidt等温分析模型，对自由活塞斯特林热泵进行无量纲化的Schmidt分析。通过理论分析发现，系统存在一最佳相位差，在最佳相位点，无量纲制热量最大。当其他参数相同时，随着无益容积或者温度比增大，无量纲制热量会越来越小。理论制热性能随温度比的增加而减小，温度比越大，对制热性能的影响越小，在环境温度为-20℃时，斯特林热泵的理论制热性能为6，相比蒸汽压缩式热泵要高出很多。　　完成了自由活塞斯特林热泵关键部件的设计。确定了动力活塞组和配气活塞组的形状尺寸以及加工材料；设计出了高温端换热器和低温端换热器总体的外观以及散热片的分布情况；回热器内部由不锈钢丝网填充，给出了具体的制作方案；完成了直线振荡电机的具体结构设计，确定了电机各部件的加工材料；针对柔性弹簧，在材料上选择回火状态下的铍青铜，并给出了具体的设计流程。　　研究了偏心量、厚度、渐开线终止角以及相位差对柔性弹簧刚度的影响规律。针对关键部件柔性弹簧展开具体分析，通过有限元分析方法发现，柔性弹簧的径轴向刚度随偏心量的增大呈先变大后变小的规律。柔性弹簧的轴向刚度随厚度的增加而增加，且随厚度的增加，轴向刚度的增长趋势加快；径向刚度随厚度的增加而增加，径向刚度与厚度基本上呈正比关系。柔性弹簧的径轴向刚度随渐开线终止角或相位差的增加而减小且基本上呈反比关系。　　完成了不同偏心量下柔性弹簧的轴向刚度实验，完成了自由活塞斯特林热泵整机装调，并进行了初步运行测试。搭建了柔性弹簧轴向刚度实验平台，在柔性弹簧的轴向刚度实验中得到了轴向刚度随偏心量变化的实验结果，并与有限元分析结果进行了对比验证，两种结果基本一致。对自由活塞斯特林热泵系统进行了初步运行测试，运行过程良好，且有较好的制热效果。　　本文给出了自由活塞斯特林热泵的设计思路，通过整机的参数设计、理论分析、结构设计，最终完成了各部件的加工以及整机的装配，对自由活塞斯特林热泵系统进行了初步运行测试，印证了设计方法和设计过程基本正确，为进一步的改进研究提供了思路；分析了各因素对关键部件柔性弹簧的影响，并针对偏心量一因素进行了相关实验，为偏心型柔性弹簧的设计提供了指导。
作者：	许信
专业：	机械制造及其自动化
导师：	刘波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文