不同工作气体的双作用热声发电机的热力性能研究

对一台三缸的双作用热声发电机进行了数值模拟,考察了不同工作介质下系统的热力性能。考察的气体工作介质包括氮气、二氧化碳、氩气、不同组分的氦氩混合气以及氢气。模拟计算表明,系统的热力性能与工质密切相关。采用氢气作为工作介质时,该热声发电机获得的电功最大,三个电机获得总电功最大可达5 145 W,此时系统的热电效率为22.8%。

高温热管耦合热声发电机运行特性试验研究

高可靠性与高能量密度的动力推进电源是空间与海洋探索载体的核心关键部件。该文针对高温热管耦合动态热电转换装置开展了高温钠热管集成热声发电机运行特性的试验研究,实现了热电能量的传递与转换,掌握了高温热管与热声发电机耦合启动的关键技术,在稳态运行工况下获得了不同输入功率的热管-热声发电机系统耦合运行特性。随着输入功率的提升,热声发电机的输出电参数变大,热电转化效率从16.60%提升至19.00%。在长期运行测试中,在输入功率为1 900 W条件下,输出功率约360 W,热电转换效率约19.00%,热管与热声发电机耦合系统性能稳定。在极限运行测试中,输入功率为2 300 W时,输出功率为463 W,热电转换效率为20.13%。该研究验证了热管反应堆与热声发电机耦合集成能量转换原理的可行性,可为后续开展基于热管堆的空间和海洋载体核动力原型设计提供试验数据支撑。

双作用热声发电机中电机参数不一致性的解决方案

对于多缸双作用热声发电机,当各单元结构完全一致时,各单元的工作状态也是相同的。但仅有一个电机的单个参数发生改变时,各单元的工作状态均会受到影响,且呈现出明显的不一致性,各单元间还会出现复杂的耦合影响。本文从理论上分析了电机参数不一致时,可以通过调整本单元电机的外接电阻和电感的方法来抑制电机不一致性对其它单元的影响,将不一致性的影响降到最低。并对一台三缸双作用热声发电机进行了数值模拟,验证了该方法的有效性。

余热驱动下双级行波热声发电机的研究

本文根据部分无法得到供电的贫困用户的调查结果,结合用户的用电需求及当地的传统烹调习惯,研制了一款利用炉灶余热驱动的双级行波热声发电机。该发电机与以木材为燃料的炉灶结合,利用炉灶燃烧后的余热作为热声发动机的驱动热源,并使用商用低成本的扬声器作为直线电机,把声功转化为有用的电能,实现热-声电的转换过程。实验初步结果显示:该双级行波热声发电机在标准大气压和空载的情况下,实现较低的自激振荡起始温度;在外接负载的情况下,对标准大气压和加压至50 kPa时分别实现了12.6 W和22.7 W的电功输出。这一成果对解决贫困地区人民无法用电的问题具有很大的意义。

四级环路行波热声发电机的实验研究

本文对一种四级环路行波热声发电机进行了实验研究.考察了直线电机外接电容、外接电阻以及不同的工质成分对系统性能的影响。实验发现在不同的外接电容下,系统可工作范围对应的外接电阻不一样,且该外接电阻的上限会对系统的热电效率产生影响,上限越高,系统的热电效率越高.通过充入氩气,改变系统的工质成分,可以提高系统可工作范围对应外接电阻的上限,使系统的发电量和效率都得到提高.

行波热声发电系统自激振荡的非线性动力学研究

利用非线性热声网络模型建立了一种行波热声发电系统的简化动力学演化方程,考察了系统自激振荡过程。重点探究非线性热声效应的影响,并与仅考虑线性热声效应的情况进行对比。结果表明,当仅考虑线性热声效应时,振荡曲线不断增大,无法达到稳定值;而考虑非线性热声效应时,自激振荡最后达到稳定幅值。进一步研究得出,系统电机的非线性阻尼系数越大,系统稳定后的振荡幅值越小。对不同电机非线性阻尼系数时系统产生的振荡曲线作频谱分析,计算结果和实际情况相近。最后考察了回热器未达临界温度梯度时系统的自激振荡过程。

改进的行波型热声发动机的初步实验研究

介绍了新型行波热声发动机的实验装置，并与原有的实验装置进行了比较，对试验 结果进行了分析和讨论。在工作气体为氮气，压力为1.56 MPa，热端气体温度615 ℃时得到 压比1.083。

500W行波热声发电样机的实验研究

在前期的理论与实验的基础上,设计制作了一台行波热声发动机及一台直线发电机以氦气为工质,在平均压力为3.54MPa、工作频率为74Hz工况下,以15.03%的最大热电转换效率获得了450.9W的电功、以12.65%的热电转换效率获得了481.0W的最大输出电功.