热声发动机中的交变流动换热器特性研究

为阐明热声发动机交变流动换热器内基本换热与阻力特性,以10 kW直线热管耦合自由活塞斯特林发电机的发动机核心为例,对三维模型进行等效,分别利用Sage一维和CFD二维模型两种方法,对交变流动换热单元在额定工况下的沿程基本状态参数、时均能量的分布特征进行计算并比较。结果表明:Sage一维模型中的换热分布特征及换热总量均与CFD二维模型计算结果相近,即Sage一维模型可以较好地捕捉换热器内的瞬态与时均特征;同时,Sage一维模型对换热器界面的突变截面损失则与CFD二维模型计算差异较大,可利用CFD二维模型的阻力计算结果,提出采用有效压降与有效速度获得突变截面处的局部阻力系数修正,并添加修正因子后代入Sage一维模型,可使Sage一维模型的阻力特性与CFD二维模型的阻力特性基本吻合。所得热声热机中换热器特性规律及分析方法同样可用于指导其他热声热机的相关研究与工程设计,具有一定的普适性。

5kW(e)级自由活塞斯特林发电机热电联产性能研究

自由活塞斯特林发电机由于其內禀高效、高可靠性和绿色环保等突出优点,在家庭和商业热电联产等领域具有重要的应用前景。文中基于热声理论对一台5kW（e）级自由活塞斯特林发电机开展了热电联产研究,从声阻抗角度考察了自由活塞斯特林发动机与直线电机在热电联产模式下的匹配特性。在理论计算的基础上开展了系统实验研究,以氦气为工质,在充气压力为5MPa、加热温度为550℃工况下,以供热水温度70℃获得了3kW（e）电功率和5.7kW供热水热量,对应27.5%热电效率和80%综合热利用率。

补肾疏肝中药联合穴位埋线治疗卵巢早衰临床研究

目的:观察补肾疏肝中药联合穴位埋线治疗卵巢早衰临床疗效。方法:90例患者随机分为3组,治疗组采用补肾疏肝中药联合穴位埋线治疗,对照组I采用激素替代西药治疗,对照组Ⅱ采用补肾疏肝中药治疗。比较3组患者在治疗开始前、结束后和停药后6个月主要症状(月经周期、潮热、阴道干涩和性欲减退)、实验室检测指标卵泡刺激素(FSH)、黄体生成素(LH)、雌二醇(E2)、超声检查指标(子宫内膜厚度、卵巢体积)以及不良反应情况。结果:(1)中药联合穴位埋线组总有效率优于西药组、中药组(P<0.05)。(2)与治疗前比较,治疗结束时及结束后6个月3组主要症状、实验室指标及超声检查结果均显著改善(P<0.05);在改善月经周期、阴道干涩和性欲减退等症状,降低FSH、LH水平,提高E水平,改善子宫内膜厚度、卵巢体积等方面,治疗组优于对照I组或Ⅱ组(P<0.05)。3组均未见明显不良反应。结论:补肾疏肝中药联合穴位埋线治疗卵巢早衰疗效确切且复发率低,不良反应少。

空间用液态金属传热式斯特林发电机换热结构研究

随着对太空的探索逐渐深入,核动力电源的优势日益凸显。针对空间核动力电源中的斯特林循环,本文设计1台10 kW的空间用液态钠钾传热式斯特林发电机组,发电机的高温端钠钾换热流道采用直肋式结构,并对换热结构进行优化研究。首先对斯特林发电机的热力学性能进行计算,在此基础上开展斯特林发电机组高温端换热器换热性能分析,得出72流道能较好满足换热要求;然后对换热结构进行应力应变分析,根据分析结果对换热结构的耐压壳体和钠钾流道管壁进行优化研究,使换热器各部件在工作状态下结构应力均低于材料屈服强度。

直线发电机实验研究

针对具体的直线发电机通常需要通过实验获得其声电转换特性及阻抗特性,该文搭建1个直线发电机测试平台,分别考察外接电阻、等效电感和频率等运行参数对上述特性的影响规律。实验表明,在平均压力为6 MPa,工作频率为60 Hz时,直线发电机在阻抗幅值为1.75×10^7Pa·s/m^3,阻抗相角为4°时,效率可达77%。实验还表明,电路谐振时可提高直线发电机的效率,但频率对效率无影响,且发电机效率在高阻值时变化不大。

回热型静止式热磁发电机中的换热和回热分析

静止式热磁发电机因结构简单、可靠性高等优势而在低品位热源利用领域具有重要的发展前景,但热磁材料热容导致的无效吸热量严重制约了热磁发电机效率的提升。为了克服这一难题,提出一种采用交变流动换热的静止式热磁发电机,其特有的回热结构,有望显著降低换热器的换热量,进而提升整机热效率。首先介绍回热型静止式热磁发电机的整机结构,然后对其回热的实现机理进行了深入分析,并通过理论分析和数值模拟考察了其换热、回热性能与流道结构尺寸、运行参数的关系。结果表明,其换热性能与无量纲缓冲区长度和无量纲流体振幅均呈正比,而回热性能与无量纲流体振幅呈反比。进一步的数值模拟表明,其换热和回热性能随频率的降低而显著提升。在频率为0.2Hz时,该结构可使热磁发电的热效率提升1.5倍,但其回热性能仍有很大的提升空间。

燃烧型超高频热声斯特林发电机实验研究

几十至几百瓦级便携式发电设备在离网应用和应急救灾等场景发挥着重要作用。自由活塞斯特林热机因其外燃属性带来的燃料适应性好、高效、可靠和静音等突出优点而有望成为便携式电源系统的重要发电技术。本文首次提出柴油气化燃烧驱动超高频自由活塞斯特林发电机的便携式发电系统。基于热声学的阻抗匹配和燃烧–交变流动热耦合,设计并研制了一套实验系统,实验中系统考察了不同燃烧功率下的输出特性,并开展了损失分析。初步实验结果表明,该发电系统在加热温度约为600℃时的最大输出电功为320 W,以柴油热值计算的最高热电效率为11.28%。受益于130 Hz的超高工作频率,发电机本体的比功率为90 W/kg,展现出良好的应用潜力。

余热驱动热耦合多级自由活塞斯特林热电联供系统研究

我国工业余热资源丰富,尤其是中低温余热具有巨大的回收利用潜力。本文提出采用热耦合多级自由活塞斯特林发电机来构建余热回收利用系统,可有效拓宽余热利用温度范围,减小余热热源传热损失。首先基于热声理论,从声阻抗角度计算考察了单级自由活塞斯特林热电联供系统在变温和变充气压力等工况下的性能;然后对一台三级自由活塞斯特林热电联供系统进行解耦计算,分别考察了供水温度、单级加热量、工作压力等因素对系统性能的影响;最后开展了实验研究,在420/350/300℃热端温度及22/22/18 kW加热量下获得自由活塞斯特林热电联产系统净输出电功10.09 kW,供热量45.29 kW,对应总热电效率为16.27%,综合热利用率为89.32%,各级相对卡诺效率分别为30.90%、32.10%、36.08%,展现出重要的应用前景。

补肾养肝汤联合穴位埋线治疗卵巢早衰效果观察及其对血清促卵泡生成素、雌二醇水平的影响

目的探讨补肾养肝汤联合穴位埋线治疗卵巢早衰患者的临床效果及其对血清促卵泡生成素(FSH)、雌二醇(E2)水平的影响。方法选取杭州市萧山区第一人民医院2016年1月至2017年6月收治的卵巢早衰患者76例为观察对象,采用随机数字表法分为观察组(n=38)和对照组(n=38)。对照组予以西医激素替代疗法治疗,观察组予补肾养肝汤联合穴位埋线治疗。两组患者均治疗3个月。比较两组患者的临床疗效,治疗前后血清FSH、E2水平和子宫内膜厚度。结果观察组总有效率为86.84%(33/38),略高于对照组的78.95%(30/38),但差异无统计学意义(χ^2=0.835,P>0.05)。治疗3个月后,观察组患者腰膝酸软、潮热多汗、性欲减退及烦躁易怒发生率分别为21.05%(8/38)、26.32%(10/38)、18.42%(7/38)、21.05%(8/38),均低于对照组的44.74%(17/38)、50.00%(19/38)、39.47%(15/38)、42.11%(16/38),差异均有统计学意义(χ^2=4.828、4.517、4.094、3.897,均P<0.05)。治疗3个月后,观察组血清FSH水平为(31.44±11.04)IU/L,明显低于对照组的(60.38±13.02)IU/L,差异有统计学意义(t=10.447,P<0.05);观察组E2水平、子宫内膜厚度分别为(92.77±10.72)pmol/L、(7.95±1.17)mm,明显高于对照组的(60.24±11.33)pmol/L、(4.82±1.65)mm,差异均有统计学意义(t=12.856、9.539,均P<0.05)。结论补肾养肝汤联合穴位埋线治疗卵巢早衰疗效确切,有利于缓解患者临床症状,同时能够改善患者血清性激素水平,增加子宫内膜厚度,值得临床推广应用。

醒脑开窍针法结合常规疗法治疗脑卒中吞咽障碍临床研究

目的:观察醒脑开窍针法结合康复训练与常规药物治疗脑卒中吞咽障碍的临床疗效。方法:将110例脑卒中吞咽障碍患者随机分成对照组和观察组各55例。对照组给予康复训练及常规药物治疗,观察组在对照组治疗的基础上给予醒脑开窍针法治疗,2组疗程均为3周。评定2组的临床疗效,治疗前后评定洼田饮水试验评分、标准吞咽功能评估量表(SSA)评分和神经功能缺损程度评分标准中吞咽困难亚量表的评分。结果:观察组总有效率为90.91%,高于对照组的7 4.55%,差异有统计学意义(P<0.05)。2组洼田饮水试验评分、SSA评分和吞咽困难评分均较治疗前下降(P<0.01),观察组3项评分均低于对照组(P<0.01)。2组洼田饮水试验结果均较治疗前改善(P<0.05);观察组洼田饮水试验结果优于对照组(P<0.05)。结论:在康复训练与常规药物治疗基础上加用醒脑开窍针法治疗脑卒中后吞咽障碍,可促进患者的吞咽功能恢复,提高临床疗效。

新型热驱动斯特林冷电联产系统数值模拟研究

为解决现有热驱动斯特林冷电联产系统存在的系统性能对直线电机参数敏感性高、匹配难度大的问题,创新性地提出一种热驱动斯特林冷电联产装置,即采用声学谐振管和旁接直线电机实现自由活塞斯特林发动机和自由活塞斯特林制冷机之间的阻抗匹配、声功分配和传递。基于热声理论和商业计算软件Sage对系统进行理论分析和数值模拟,考察了发动机加热温度、制冷机制冷温度和平均压力等对系统性能的影响规律。计算结果表明:在平均压力5 MPa,加热温度833 K时,该热驱动斯特林冷电联产系统在制冷温度110 K下,能获得1000 W制冷量和800W电功,整机效率达29.4%。发动机、制冷机和直线电机能实现较好的功率匹配,电机输出电功的变化对系统热效率影响较小。

斯特林型冷电联产系统耦合方式研究

为了探索斯特林型冷电联产系统高效可靠的耦合结构,基于热声分析方法和数值模拟,重点考察了串接电机、旁接电机和谐振管三种谐振耦合方式在斯特林型冷电联产系统的工作性能并开展了其对关键参数的敏感性分析。计算结果表明:谐振管耦合型斯特林冷电联产系统的效率小于串接电机型耦合系统,而大于旁接电机型耦合系统。但相比于串接电机型与旁接电机型,谐振管耦合型斯特林冷电联产系统性能对电机等效机械阻尼、运行压力和热端温度的敏感性小,能在较大的工况范围内保持高效运行。

A 300 Hz high frequency thermoacoustically driven pulse tube cooler

This article introduces the latest progress of a 300 Hz thermoacoustically driven pulse tube cooler. Based on the experience of former experiments, improvements have been made in the standing-wave engine, pulse tube cooler and their coupling mechanism. An inlet pressure ratio of 1.248 was obtained with the mean pressure and heating power of 4.13 MPa and 1760 W, respectively. A lowest no-load temperature of 69.5 K has been reached under this condition. This is the first time for thermoacousti- cally driven pulse tube coolers to reach the temperature below 70 K with such a high frequency.

Design and Combustion Characteristic Analysis of Free Piston Stirling Engine External Combustion System

The free piston Stirling engine external combustion system was simulated to investigate the diesel-air combustion characteristics in order to demonstrate its feasibility by computational fluid dynamics(CFD). The different effects on combustion were distinguished by analyzing the combustion burner, the injection position of diesel oil, the front tube arrangement of Stirling heater head and the back fin. The results show that the tilted front tube arrangement of the heater head with the back fin is the best practicable technology while the distance between the diesel nozzle position and the swirler top is 0. Its total heat flux is 15.6 kW, and the average heat transfer coefficients of the front and back tubes are 127 W/(m2· K) and 192 W/(m2· K), respectively. The heat transfer is mainly through convection, and the proportion of radiative heat transfer is only 16.9%. The best combustion efficiency of the free piston Stirling engine external combustion system is 86%.

微型高比功率热声斯特林发电机实验研究

高比功率百瓦级便携电源在户外运动、应急救灾等场景有着重要需求。热声斯特林发电机因其外燃属性而燃料选择性广泛,同时兼具高效、紧凑、可靠和静音等特点,是构建便携式电源系统的重要发电技术。本文首次提出采用螺旋管束式热端换热器来提升燃烧-交变流动换热性能和比功率。首先基于热声学的阻抗匹配和燃烧传热耦合,设计并研制了一套百瓦级热声斯特林发电系统;然后实验考察了不同工作压力、负载、燃烧功率下的输出特性;最后开展了损失分析。初步实验结果表明,该发电系统在管壁侧烟气温度为765℃时的最大输出电功为415 W,以柴油热值计算的对应热电效率为13.9%。受益于135 Hz的超高工作频率和轻量化设计,发电机本体的比功率达到112 W/kg,展现出突出的应用潜力。