斯特林熱機回熱器

《斯特林熱機回熱器》是國防工業出版社2018年10月出版的圖書，作者是（美）穆尼爾·易卜拉欣,（美）羅伊·圖。

基本介紹

• 書名：斯特林熱機回熱器
• 作者：（美）穆尼爾·易卜拉欣,（美）羅伊·圖
• ISBN：978-7-118-11573-4
• 出版時間：2018年10月

書籍信息

譯者 黃玉平等

版次 1版1次

開本 16

裝幀 平裝

出版基金

頁數 371

字數 436

中圖分類 TK17

叢書名

定價 98.00

內容簡介

系統分析了斯特林熱機對回熱器的需求，比較了各種回熱器方案，創新性地提出了適合空間電源套用的分段漸開線箔回熱器構想，採用理論分析、仿真和實驗的方法，全面、系統地研究了回熱器的材料、結構、流動和傳熱，並解決了產品設計、製造工藝和實驗驗證問題。特別值得一提的是，為了準確理解回熱器基質內的傳熱傳質過程，作者團隊開發了動力學相似的放大尺寸（30倍）的回熱器實體模型和相應的實驗設備，通過在放大的回熱器內部安裝感測器直接測量流動、熱、力參數，取得了大量一手資料，修正了模型，改進了計算流體力學（CFD）算法，為下一代高效斯特林熱機回熱器建立了設計準則。

圖書目錄

第1章緒論001

第2章非定常流動和傳熱理論004

2.1控制方程004

2.1.1連續方程004

2.1.2動量方程005

2.1.3能量方程007

2.1.4湍流模型008

2.1.5多孔介質模型012

2.2非平衡多孔介質守恆方程012

2.2.1液動力擴散014

2.2.2滲透率與慣性係數015

2.2.3有效流體和固體熱導率016

2.2.4熱擴散傳導率017

2.2.5流體滯止熱傳導率和固體有效熱傳導率018

2.2.6流體和固體基質單元之間的熱傳遞係數020

2.3小結020

第3章定常/非定常流動和傳熱的關係021

3.1引言021

3.2內流和傳熱021

3.2.1內流021

3.2.2摩擦因子023

3.2.3內部熱傳遞023

3.2.4努塞爾數關係式024

3.2.5入口效應025

3.3外流和傳熱027

3.3.1流動結構028

3.3.2阻力和升力係數028

3.3.3斯特勞哈爾數029

3.3.4努塞爾數029

3.3.5壓力係數030

3.4回熱器中的流動和傳熱031

3.4.1定常流031

3.4.2振盪流和傳熱032

3.5小結034

第4章斯特林設備的類型和工作原理036

4.1引言036

4.2斯特林發動機、制冷機和熱泵的工作原理036

4.3斯特林發動機的一般結構039

4.4斯特林發動機的動力輸出方法040

4.5幾種斯特林樣機的動力輸出040

4.5.1自由活塞先進斯特林熱機（發動機/發電機）041

4.5.2自由活塞元件測試動力熱機（發動機/發電機）042

4.5.3通用汽車公司地面動力單元GPU-3菱形驅動斯特林發動機044

4.5.4MOD II汽車斯特林發動機045

4.5.5SES 25kW斯特林發動機系統045

4.6斯特林制冷機047

4.6.1Sunpower公司M87低溫制冷機048

第5章斯特林發動機回熱器的類型050

5.1引言050

5.2回熱器封裝結構050

5.3回熱器多孔介質結構051

5.3.1無孔基質：筒壁作為儲熱介質051

5.3.2堆疊編織絲網052

5.3.3毛氈多孔介質材料053

5.3.4堆積球回熱器基質054

5.3.5管束回熱器方案054

5.3.6卷繞箔回熱器055

5.3.7平行板回熱器056

5.3.8分段漸開線箔回熱器056

5.3.9網板回熱器和其他化學蝕刻型回熱器057

第6章毛氈回熱器—實際尺寸059

6.1引言059

6.1.1金屬毛氈回熱器060

6.1.2聚酯纖維回熱器062

6.1.3電子顯微鏡下纖維直徑測量063

6.2NASA/Sunpower 的振盪流測試台及測試台的修改066

6.3毛氈測試結果066

6.3.1Bekaert 90%孔隙率不鏽鋼纖維回熱器測試結果066

6.3.2Bekaert 96%孔隙率不鏽鋼纖維回熱器測試結果067

6.3.3Bekaert 93%孔隙率不鏽鋼纖維回熱器測試結果068

6.3.4抗氧化合金90%孔隙率回熱器測試結果069

6.3.5與孔隙率相關的摩擦因子和傳熱通用關係式070

6.3.6聚酯纖維回熱器測試結果071

6.4理論研究071

6.4.1孔隙率對回熱器的影響072

6.4.2計算黏性和熱渦旋輸運074

6.4.3邊緣漏氣075

6.4.4回熱器不穩定性076

6.5計算流體力學模擬繞流中的柱體078

6.5.1流場和熱力場078

6.5.2斯特勞哈爾數關係式080

6.5.3努塞爾數關係式080

6.5.4軸向熱擴散率081

6.6實驗關係式總結和結論083

第7章毛氈回熱器—放大尺寸085

7.1緒論085

7.2放大尺寸回熱器測試項目的主要工作和成果085

7.2.1測試系統構建085

7.2.2射流擴散到回熱器基質088

7.2.3回熱器基質滲透率和慣性係數的評估088

7.2.4非定常的熱傳遞測量089

7.2.5多孔基體內部的湍流輸運與熱擴散095

7.2.6多孔介質內固體壁面附近的熱擴散率測量及與計算結果的比較101

7.2.7計算流體動力學：UMN測試台的仿真102

7.2.8承載振盪流動的多孔介質的壓降仿真115

7.2.9承載振盪流動的多孔介質的熱力場仿真117

7.2.10CFD-ACE +多孔介質模型的驗證122

第8章分段漸開線箔回熱器——實際尺寸124

8.1引言124

8.2選擇微加工回熱器方案125

8.2.1現有毛氈回熱器的問題125

8.2.2新型微加工回熱器氦流量和結構要求126

8.2.3性能表征127

8.2.4微特徵容差128

8.2.5表面粗糙度129

8.2.6回熱器的設計概念130

8.2.7預測斯特林發動機的好處:在相同的熱輸入下增加6%～9%的功率134

8.3加工工藝考慮和製造供應商選擇136

8.3.1製造工藝概述136

8.3.2Mezzo微加工工藝背景和初始、第一階段的開發140

8.3.3第二階段Mezzo微製造工藝的持續發展145

8.3.4發動機回熱器製造（Mezzo微加工工藝的第三階段）147

8.4分段漸開線箔回熱器的分析、裝配和振盪流測試147

8.4.1振盪流測試裝置中的原型回熱器測試147

8.4.2分析支持——為在頻率實驗台斯特林發動機上測試做準備158

8.5分段漸開線箔回熱器的CFD計算結果170

8.5.1實際尺寸回熱器的描述及其放大尺寸實體模型170

8.5.2CFD計算域172

8.5.3摩擦因數與努塞爾數的關係式178

8.5.4CFD格線獨立性測試和代碼驗證179

8.5.5二維和三維建模結果180

8.5.6總結和結論195

8.6漸開線箔回熱器的結構分析197

8.6.1第一階段結構分析計畫——漸開線箔回熱器的概念197

8.6.2修改後的漸開線箔回熱器結構分析200

8.7斯特林發動機回熱器的研究結論203

8.7.1回熱器的檢查與安裝204

8.7.2FTB測試結果與Sage預測結果對比206

8.8整個漸開線箔回熱器的結論以及未來工作建議211

第9章分段漸開線箔回熱器——放大尺寸212

9.1簡介212

9.2動力學相似213

9.3放大尺寸實體模型設計213

9.3.1LSMU的最終設計214

9.3.2工作條件215

9.4在單向流條件下的LSMU實驗218

9.4.1LSMU實驗準備218

9.4.2用熱線探針測量整個環扇形區域219

9.4.3摩擦因數220

9.4.4滲透係數以及慣性係數221

9.4.5不同LSMU配置的摩擦因數223

9.5射流侵徹研究225

9.5.1圓形射流發生器的射流侵徹研究225

9.5.2狹槽射流發生器的射流侵徹研究231

9.6非穩態傳熱的測量237

9.6.1嵌入式熱電偶238

9.6.2實驗流程238

9.6.3LSMU非穩態傳熱測試結果241

第10章網板和其他回熱器基體246

10.1引言246

10.2網板回熱器246

10.2.1NS03T 3kW發動機247

10.2.23kW NS03T發動機的回熱器248

10.2.3帶溝槽的網板設計249

10.2.4無溝槽及帶不同類型溝槽的新型網板設計252

10.2.5NS03T發動機性能參數的定義253

10.2.6使用不同基質時NS03T斯特林發動機的性能254

10.3Matt Mitchell的蝕刻箔回熱器269

10.4Sandia國家實驗室的平板回熱器270

第11章多孔材料的其他套用272

11.1引言272

11.2燃燒過程中的多孔材料272

11.3強化電子製冷中的多孔材料274

11.4熱管中的多孔材料276

第12章總結和結論279

第13章進一步的工作282

13.1開發新的斯特林發動機/制冷機282

13.2開發新的回熱器方案282

13.3進一步研究回熱器282

13.4回熱器的CFD建模283

13.5新回熱器的微製造283

附錄ANASA/Sunpower振盪流動壓力降和傳熱測試台285