состоит из одного или нескольких аппаратов внешнего теплообмена и
регенераторов. Регенератор в КГМ — обязательный элемент, он играет
роль своеобразного теплового аккумулятора, попеременно получаю-
щего и отдающего теплоту протекающему через аппарат рабочему
газу. Этот тепловой аккумулятор имеет специфические свойства: зна-
чительный перепад температур на концах, зависящий от температур
внешних тепловых источников; большая тепловая нагрузка; высокая
эффективность передачи теплоты.
Современный этап развития науки и техники делает актуальной
проблему расчета и создания микрокриогенных систем, работающих
“без расходных материалов”, способных охлаждать и криостатировать
устройства различного назначения.
В научной литературе широко рассмотрены вопросы проектиро-
вания и расчетной оптимизации отдельных процессов в машинах и
аппаратах, такие как интенсификация теплообмена, повышение эф-
фективности работы компрессоров и другие, однако общая задача мо-
делирования КГМ как сложной системы взаимосвязанных элементов
еще не решена.
Для решения указанной задачи необходимо создать математиче-
скую модель, позволяющую соединить внешние и внутренние харак-
теристики работы микрокриогенной установки. К основным внешним
характеристикам относятся параметры окружающей среды и тепло-
притоки, к внутренним — геометрические и теплообменные параметры
аппаратов, характеристики компрессора и расширительного устрой-
ства.
Предлагаемая в настоящей работе математическая модель позволя-
ет решать как прямую задачу (проектирование), так и обратную (пове-
рочный расчет). Прямой задаче присущи известные входные параме-
тры (температуры холодильной камеры и охлаждающей конденсатор
среды, холодопроизводительность машины), по которым определяют-
ся параметры рабочего цикла и основные характеристики элементов
холодильной машины. В обратной задаче для заданных геометриче-
ских параметров аппаратов, характеристик компрессора и расшири-
тельного устройства, температур окружающей среды и теплопритоков
определяются температуры кипения и конденсации хладагента и его
массовый расход.
Для моделирования рассмотрим КГМ, работающую по обратному
циклу Стирлинга (см. рис. 1).
При моделировании работы КГМ были сделаны следующие допу-
щения:
•
изменение объемов в полостях (сжатие и расширение) осуще-
ствляется в процессе
S
=
const;
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2014. № 6 109
