热声斯特林发动机热动力学特性的CFD研究 第二部分:热声转换特性及热声声流的研究

研究了热声斯特林发动机的声场特性和热力特性,计算了波动压力和体积流率振幅及两者的相位差、截面平均温度以及声功流在系统内的沿程分布,与实验及预期的趋势相符合。对热声斯特林发动机内部的Gedeon声直流进行了研究。通过监测系统内截面的质量流率周期分布特性观测到Gedeon直流的存在,计算了直流量的大小及在系统内的分布特性,并采用风扇模型抑制了直流,给出了直流抑制过程中的系统性能变化。进一步验证了CFD研究的有效性。

新型300Hz环路双作用热声发动机的系统性能分析和输出特性

提出了一种利用质量片和弹性膜谐振的300 Hz环路双作用热声发动机。利用该谐振系统取代谐振管能有效降低系统尺寸,使发动机具有结构紧凑、能量密度高的优点。基于热声理论优化设计了这一新型发动机,系统考察了无负载和外接负载情况下主要物理参数对发动机性能的影响。当负载阻抗实部为4.15×108Pa·s/m3,虚部为-3×107Pa·s/m3,单元输入加热功率为1 k W、平均压力为4 MPa时,能获得最高的热声转换效率为35.3%、负载处压比为1.31。

新型300Hz环路双作用热声发动机多单元串联的性能分析

对新型300 Hz质量片-膜环路双作用热声发动机的多单元结构进行了研究,详细考察了3单元、4单元、5单元、6单元结构下系统无负载和外接负载时的性能。系统无负载时,重点考察了发动机单元中核心参数的沿程分布;系统接负载时,重点考察了输出特性和最佳负载阻抗下加热功率对系统性能的影响。计算结果表明,增加环路双作用热声发动机的单元数会导致热声转换效率的降低,但能显著提高系统的输入加热功率,从而使系统获得更多的总输出声功。