行波热声发动机驱动的脉管制冷机研究

通过改变热声发动机谐振直路长度,研究系统在不同工作频率下的性能。研究发现,在一定条件下降低频率可以显著改善脉管制冷机的性能。在工作压力为 2 7MPa,加热功率为 2 350W,工作频率为 45Hz时,双向进气型单级脉管制冷机获得了 80 9K的最低制冷温度,这是目前用热声制冷方法获得的最低制冷温度。

行波热声发动机声功输出特性研究

行波热声发动机具有效率高、可靠性好及环保等优点.本文分别以氮气和氦气为工质研究了行波热声发动机的声功输出特性.在平均压力为3.0 MPa,输入功率为3000 W时,氮气为工质获得最大492.3 W输出声功,氦气为工质获得最大691.3 W的声功.此外还针对两种不同锥度的锥形谐振管发动机的声功输出特性进行了对比研究.研究表明:设计合理的谐振管一方面能够有效降低加热温度,有利于利用低品位热源;另一方面还能有效地降低损失,在相同的加热量下具有更高的压比、更大的输出声功及效率。

行波热声发动机驱动制冷机的匹配研究

本文使用RC负载法首先在不同压比下对发动机的输出声功与负载之间的匹配关系进行了深入研究,研究表明发动机存在高效区和效率低下区。针对行波热声制冷机的阻抗进行了分析,发现由于制冷机阻抗处于发动机的效率低下区,使得发动机输出效率很低,从而导致整机效率低下,其中在发动机和制冷机之间的1 m长连接管起到了调节负载阻抗和放大声压的作用,但其调节作用有限。

行波热声发动机的优化设计

对行波热声发动机进行了优化设计 ,对回热器内部功的损失和回热器的热漏损失进行了分析 ,给出了行波热声热机回热器的优化结构 。

环路声学共振多级行波热声发动机的机理研究

针对环路声学共振多级行波热声发动机的工作机理进行了研究,重点分析了环路声学共振4级行波热声发动机无负载工作情况,并比较了环路声学共振4级、8级、16级行波热声发动机的工作性能。计算结果表明,这一行波热声发动机具有较好的声场分布并通过增大回热器横截面积有效降低了回热器内的粘性流动损失。增加环路声学共振多级行波热声发动机的级数仍能获得较为理想的工作性能,并能够增加整机产生净声功率,降低谐振管消耗声功率的比例,相对传统带驻波谐振管的行波热声发动机更为紧凑。

行波热声发动机加热器改进及其驱动脉管制冷机系统实验研究

对自行研制的行波型热声发动机中的核心部件加热器进行了改进。采用改进的热声发动机驱动单级小孔型脉管制冷机 ,以氦气为工质 ,在充气压力为 2 2MPa的条件下 ,获得了 110K的最低制冷温度。通过对实验结果的分析 ,着重阐明了热声发动机和脉管制冷机之间的频率匹配问题及其改进途径 ,为进一步深入研究指明了方向。

行波热声发动机中平板与丝网回热器的对比实验研究

制作出了一个平板回热器,将其置入行波热声发动机中与丝网回热器进行对比实验研究。实验结果表明,平板回热器能够有效提高行波热声发动机的输出声功,但是其热效率有所降低。

行波热声发动机的优化设计

对行波热声发动机进行了优化设计 ;对回热器内部的功的损失和回热器的热漏损失进行了分析 ;给出了行波热声热机回热器的优化结构 ;对于设计行波型热声发动机有非常重要的理论指导意义。

行波热声发动机容腔管和反馈管的调相作用研究

带环形圈的热声发动机是一种新型的行波型热声发动机,由于能够在环形圈内回热器附近调制出行波相位,因此具有比驻波发动机更高的效率。环形圈的反馈管和180度弯管分别在系统中起着感和容的作用,在相位的调制过程中它们起着至关重要的作用,尤其是对于感的作用比较强的小型系统,它们的作用更加突出。该文通过计算,分析了小型行波热声系统中感和容对于回热器入口处和回热器中心位置处的压力波动和体积流率相位的调制作用,以及这种调制作用对于效率,压力波动的幅值的影响。

气-液双作用行波热声发动机的数值模拟

提出了一种兼具传统热声发动机使用寿命长和斯特林发动机功率密度高等优点的气-液双作用行波热声发动机,将3台或4台热声发动机通过注有液体的U型谐振管连成气-液耦合振荡的环路,每台发动机都能工作在比较理想的行波声场。对无负载情况和外接不同负载情况下3机或4机串联成环路的气-液双作用行波热声发动机进行了模拟计算,同时模拟分析了发动机个别参数不一致时对系统性能产生的影响。

中低温声学双作用行波热声发动机热功转换性能的数值模拟研究及优化

研究了一种中低温声学双作用行波热声发动机,拟以高温导热油作为高温加热器的传热流体,高温端温度选取为390℃。基于热声学理论,对其性能进行了数值模拟,对系统结构进行了优化设计。优化结果表明,在平均工作压力为10 MPa,工作频率为50 Hz,室温为30℃的工作条件下,每个单元的输出声功达到3 162 W,整体热功转换效率达到30.3%。为了更好地了解热声发动机内的热功转换过程,分析了发动机内部声场一些主要参数的沿程分布情况。

行波热声发动机末端耦合方式研究

行波热声发动机可与各种声学负载耦合,在对耦合位置的研究基础上,进一步开展负载末端耦合时行波热声发动机的性能研究。同时改变直管谐振管内径和长度,使频率恒为67.7 Hz,保证发动机环路声功转换特性一致。研究表明,当谐振管内径为120 mm时,系统性能最好;以氦气为工质,在平均压力3 MPa、加热功率2 000 W、热端温度923 K、内壁相对粗糙度为0.0 007时获得最大输出声功512 W。谐振管内径、内壁相对粗糙度和负载阻抗相位对发动机性能有显著影响;选择合适的谐振管,可以降低热端温度,减少管内损失,提高声功输出能力和整机效率;同时可以一定程度上减小内壁粗糙度对发动机性能的影响。

带声学放大器的行波热声发动机声阻抗特性

通过分析带有声学放大器的行波热声发电系统中直线发电机的电-力-声类比图,发现直线发电机的最佳工作状态与行波热声发动机的输出声阻抗特性相关。采用DeltaEC软件计算带有声学放大器的行波热声发动机(以下简称系统)的输出声阻抗特性。计算结果发现,输出声阻抗虚部Xa为.1×107Pa·s·m^-3时,系统的最大输出声功率545.47W,最大热声转换效率为7.2%;当输出声阻抗虚部Xa在.3.9×106~.1×107Pa·s·m^-3之间变化,实部Ra在1.37×106~2.31×107Pa·s·m^-3之间时,等效位移在1.89~6mm之间变化,符合直线发电机的位移要求;结合输出声阻抗对压力与体积流率的相位差及系统工作频率的影响,发现声阻抗实部Ra应在1.37×106~2.31×107Pa·s·m^-3之间,声阻抗虚部Xa在.7.5×106~.1.0×107Pa·s·m^-3之间时,系统具有较好的工作状态。

容腔调相的单级行波热声发动机起振特性

将容腔结构引入单级环路行波热声发动机系统中进行相位调节,分析了不同容腔位置、容腔内径和容腔长度时系统的起振特性。基于线性热声理论,采用网格传输矩阵数值方法求解系统的起振频率和起振温差;此外,将计算结果与实验结果进行了对比,验证了计算方法的合理性。结果表明：容腔结构可以明显改善系统的起振特性,系统起振温差大幅下降;不同容腔位置处,热机起振特性差异明显;存在最优的容腔内径和容腔长度组合,使得起振温差最低,而容腔尺寸对热机起振频率的影响较小。

气-液双作用行波热声发动机性能研究

本文提出了环形三部分对称结构的气液双作用行波热声发动机,该发动机采用U形谐振管并引入液体活塞。本文针对平均工作压力、加热器加热量以及液体活塞质量等不同运行参数对系统性能的影响进行了数值模拟。模拟结果表明,提高平均工作压力、增大加热器加热量有利于提升系统压力振幅;引入液体活塞1.13 kg时,系统谐振频率达到最小值17.48 Hz。

声学共振型行波热声发动机的实验研究

传统的行波热声发动机具有可靠性好、工质环保、潜在效率高等优点,但系统中存在一根体积较大的谐振管,降低了其功率密度及应用价值。本文设计并搭建了一台新型的声学共振型行波热声发动机,将三个相同的热声发动机核心单元连成环路,中间采用细长谐振管连接。实验中,发动机在100℃以下起振,频率约63 Hz,各压力下得到的最高压比均接近1.3,达到了传统行波热声发动机的最高压比。实验表明,新型的声学共振型行波热声发动机不仅具有传统行波热声发动机的优点,而且结构更加紧凑,具有更好的应用价值。

行波型热声发动机的试验研究

介绍了新型行波形热声发动机的试验装置 ,在不同的充气压力和工质条件下进行了试验 ,讨论了结构尺寸、充气压力、加热温度、工作介质试验结果的影响 ,并发现了频率跳变现象。

声学双作用型行波热声发动机的损失分析

本文根据经典热声学理论,对声学双作用型行波热声发动机系统进行了全面的损失分析。系统产生的损失可以分为内部不可逆损失与外部不可逆损失,其中内部损失可区分为:轴向漏热损失,流体黏性损失,不可逆传热损失与流动传热耦合损失。本文对一台效率为55.7%的声学双作用型行波热声发动机进行了具体的媚损失分析,结果显示,回热器与谐振管是产生损失最多的部件。谐振管中的损失主要是流动损失,而回热器中的流动损失则相对较少。

行波型热声发动机的试验研究

介绍了新型行波热声发动机的试验装置 ,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 5 6MPa、热端气体温度 6 1 5°C时获得压比1 0 83。

行波型热声发动机的分布参数法热力分析

在现有热声网络模型的基础上 ,对行波型热声发动机采用分布参数法进行了详细地分析 ,得到了较为完整的分布参数法网络模型 ,并给出了该模型的定性关系式 ,所得结果与采用集总参数法的结果有很大差异。分析表明 ,分布参数法更适合于一般的系统情况 ,集总参数法仅仅在一定条件下才适用。文中对一个实际系统应用分布参数法进行了分析 ,得到一些结论 。