太阳能热声发动机热力性能的实验研究

设计搭建了太阳能热声发动机实验系统,它由双轴全自动跟踪菲涅尔透镜聚焦型集热器和小型化驻波热声发动机两大组件构成。分别对充注不同压力N_2、He、Ar三种工质的太阳能热声发动机的起振温度、起振时热声核温度分布、压力振幅进行了实验研究。结果表明,氮气、氦气和氩气在相同充气压力下,He起振温度最高,N_2起振温度最低;N_2在充气压力1.0 MPa时达到最低起振温度394.8℃,且其压力振幅对充气压力变化不敏感;Ar在充气压力1.0 MPa时达到最低起振温度418.2℃,且其压力振幅随着充气压力的升高而逐渐增加。实验结果为优化太阳能热声发动机系统的热力性能提供了实验依据。     

高频热声斯特林发动机的实验研究

高频热声斯特林发动机具有体积小,热效率高和无机械运动部件等特点,是驱动脉冲管制冷机等回热式制冷机的理想的压力波发生器.本文设计并研制了一高频热声斯特林发动机系统,实验研究了系统布置方位和工作介质对发动机性能的影响.实验结果发现布置方位对起振温度的影响较大,对稳定振荡的波动压力振幅和加热温度影响较小.采用氦气、氮气、氩气和二氧化碳作为工质,工作频率分别是314 Hz、108 Hz、98 Hz和76 Hz时,其压比分别达到了1.17、1.23、1.22和1.24.     

液体工质对气液热声发动机性能影响的实验研究

采用气液耦合振动是降低热声发动机谐振频率和提升其压力振幅的一种有效途径。为了研究液体工质对于气液热声发动机性能的影响,本文针对水、室温离子液体[EMIM][BF₄]、20%氯化钾溶液、40%和50%甲酸钾溶液五种液体工质进行了实验研究和分析。实验数据显示,在相同加热功率下,采用50%甲酸钾溶液时系统谐振频率最低,而水工质对应的谐振频率最高;40%甲酸钾溶液的压力振幅最大,而采用离子液体[EMIM][BF4]时系统压力振幅最小。研究结果表明:采用密度较大的液体工质可获得较低的谐振频率,而密度大、黏度小的液体工质则有利于获得更大的压力振幅。     

热声压力波放大器的湍流模型及实验验证

热声压力波放大器是一种利用声学特性将压力波幅值进行放大的一种装置,它主要用来连接热声发动机和其驱动的制冷机,增大制冷机的驱动压比.由于声学压力波放大器内的压力幅值通常较大,流动速度也非常大,所以用线性热声理论难以对其进行准确的计算.本文通过对线性热声理论进行修正,获得了热声压力波放大器内湍流流动的修正方法,并对该修正方法进行了实验验证.研究结果表明,通过修正后的理论模型可以对热声压力波放大器进行较为准确的计算.该计算模型预计在其它的一些交变流动系统中也具有一定的适用性.     

工作压力对热声驱动阻容负载性能影响的实验研究

进行了热声发动机驱动阻容负载的实验研究;讨论了工作压力对热声驱动阻容负载性能的影响。随着平均工作压力的增大,负载入口处压力振幅和输出的声功率都明显增大,同时板叠热端温度有较大幅度下降,有利于低品位热源的利用和提高系统相对卡诺效率。     

负载对热声发动机性能的影响

热声发动机作为一种完全没有运动部件的能量转化和传输机械具有广阔的应用前景.为了提高热声发动机的驱动性能,本文采用变负载法对热声发动机性能的影响因素进行了实验研究.实验结果表明,负载的阻力和容抗对热声发动机的加热温度、压比和声功引出有重要影响.同时,实验中还发现了能够使热声发动机瞬时消振和起振的实验方法,将极大方便对热声发动机的开关控制.     

热声致冷效应演示实验

基于热声致冷原理,利用自制的热声堆,采用常见的材料和仪器,设计了扬声器驱动热声致冷实验演示装置.以空气作工质,在无冷却措施的情况下,系统运行200 s后,实现了13℃的降温及25℃的温跨.     

非平行板叠驻波型热声发动机热力性能研究

热声发动机板叠两端存在较大的温度梯度,导致沿板叠轴向的热渗透深度出现严重的不均一性,影响到热声转换效应的发挥。本文提出了板叠结构形式与温度梯度相一致的结构设计理念,并构建了非平行板叠结构的驻波型热声发动机数理模型。针对不同板叠锥角热声发动机的热力性能展开了深入研究和对比分析,得出板叠锥角对热声发动机频率、压比、压力振幅和体积流率等热力参数的影响关系。结果表明:与平行板叠结构相比,当选取合适锥角时,渐缩和渐扩式板叠结构均可提高热声系统的性能,在1°和-2.81°时系统的最大声功流分别提高了103.9%和88.8%。研究结果为进一步改善热声热机性能提供理论支撑。     

中空纤维膜接触器脱出CO_2过程熵产率最小化

本文用有限时间热力学对中空纤维膜接触器脱出酸化海水中CO_2过程进行了理论研究。在壳程通过酸化海水,管程采用N_2和CO_2混合气体吹扫条件下,对传质过程熵产率进行了最小化。采用数值计算得到了熵产率最小传质策略的液相、气相中CO_2摩尔分数沿程分布,并与化学势差一定及管程采用N_2吹扫传质策略进行了比较。结果表明,熵产率最小传质策略的熵产率比管程采用N_2吹扫的传质策略减小41.39%;化学势差一定传质策略优于管程采用N_2吹扫传质策略。本文结果对实际中空纤维膜接触器脱出酸化海水中CO_2过程的设计具有一定理论指导意义。     

微孔无定形碳分子动力学建模及吸附性能研究

使用分于动力学熔融-淬火法(QMD)建立微孔无定形碳原子结构模型,采用巨正则蒙特卡洛法(GCMC)研究CO_2、N_2在模型中的吸附行为。通过与热解聚糠醇制备的微孔无定形碳样品比较,所建模型在径向分布函数、孔径分布函数、吸附等温线等方面有很高的符合度。CO_2、N_2吸附计算表明:所建立的微孔无定形碳模型,对CO_2、N_2混合组分吸附具有很高的选择性,CO_2/N_2吸附比随着温度和压力的增加逐渐降低.     

非线性拉曼激光雷达测量CO2气体的研究

提出了利用气体的受激拉曼散射(SRS)效应激光雷达光源来探测大气中的CO2气体的新方法,设计出探测大气中CO2气体含量的非线性拉曼增益激光雷达,用Nd:YAG激光器(1064 nm)的三倍频光(354.7 nm)通过分别装有CO2气体和N2气体的拉曼管,分别得到CO2气体和N2气体的受激拉曼散射的一阶斯托克斯线(S1),并用S1线作为雷达的种子发射光源.通过实验得到拉曼管中的气压与S1能量的变化关系,对其优化条件和物理机制进行了分析.该实验方法已经成功测出了大气中CO2气体的回波电压信号.     

O_2/CO_2气氛燃煤半焦孔隙特性分析

在沉降炉上制备了不同燃烧气氛、不同燃尽程度的半焦,采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形态.结果表明,所取的半焦试样均具有完整且连续的孔结构体系;但在相同的操作条件下,O_2/CO_2气氛下半焦试样的孔结构参数及其分形维数均小于相同O_2浓度的O_2/N_2气氛下的情况;两种气氛下煤焦的燃尽过程中,孔隙结构参数(S_(BET)、V_(BJH)和d_(pore))随燃尽率的增加均呈减小趋势;SEM图像的定性分析结果与N_2吸附的定量测量吻合较好.研究结果为深入认识O_2/CO_2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础.     

O_2/CO_2气氛下焦炭氮转化的实验研究

利用热重-傅里叶红外联用(TG-FTIR)的方法对O2/CO2和O2/Ar气氛下大同煤焦燃烧过程中焦炭氮的转化进行了实验研究.结果表明,两种气氛下煤焦燃烧过程中焦炭氮会转化为HCN、HNCO、N2O等.与O2/Ar气氛下的实验结果相比,O2/CO2气氛下焦炭氮的转化时间延长,含氮气体产物的质量分数也存在差异.热解制焦温...     

混煤燃烧减少细微颗粒物生成的实验研究

本文将一种褐煤和一种烟煤进行不同混合比例(9∶1、7∶3、1∶1、3∶7和1∶9)和不同燃烧气氛(O2/N2和O2/CO2气氛)的沉降炉燃烧实验,采用低压撞击器(LPI)对燃烧生成的颗粒物进行收集,并对所收集的颗粒物开展生成浓度、元素组成等分析,研究了混煤燃烧减少细微颗粒物生成的作用机理及混煤比例、燃烧气氛对其的影响....     

CO_2/二甲醚混合制冷剂跨临界制冷循环性能分析

本文通过理论计算对CO_2/DME混合制冷剂替代CO_2的跨临界制冷循环特性进行了分析,结果表明:CO_2/DME混合制冷剂的质量配比范围为90/10～100/0时,可实现混合制冷剂的直接充灌.在相同的工况下,CO_2/DME跨临界制冷循环的最优高压侧压力降低了3 MPa,制冷系数提高4.3%;过热度对循环性能的影响,纯质CO_2要大于混合工质CO_2/DME.     

高浓度CO2气氛下燃煤氮、硫污染物的释放特性

采用污染物在线分析仪、气相便携红外分析仪研究了程序升温条件下改变氧化介质时煤中氮,硫的释放特性以及含硫物相的浓度变化规律,探讨了不同气氛,CO2浓度与O2浓度单独变化时对NO、SO2析出特性的影响机理.结果表明:O2/CO2燃烧气氛下NO、SO2排放峰值及总量均低于O2/N2气氛.CO2气氛下烟气中存在大量的CO,有利于NO的降解,同时也促进了烟气中其他含硫物相的形成,随着CO2浓度的增加,特别是在燃烧后期,NO、SO2的排放显著降低.O2浓度改变对NO和SO2的释放影响不同:O2浓度升高促进了SO2的析出;但是O2浓度在一定范围内增加对NO的排放并无明显影响,随着O2浓度进一步增加,NO的释放峰向低温区迁移,同时排放量降低.     

单频TE CO_2激光器

本文首次应用压缩腔长和适当降低总气压的简单方法,在横向激励(TE)高气压CO_2激光器中获得了单频输出。激光器腔长14cm,激活长度为10cm。气压240Torr,单频输出能量为7mJ。     

脉冲CO2激光器注入锁定特性的数值模拟

扩展了脉冲CO2激光器的多频动力学理论。将多频动力学模型中的光强方程用光场方程代替,建立了脉冲CO2激光器注入锁定的理论计算模型。采用四阶经典龙格库塔(Runge-Kutta)算法,计算了不同注入信号强度和失谐频率下的激光输出功率、瞬时频率和增益系数。研究了注入锁定宽调谐横向激励大气压(TEA)CO2激光器模式锁定的稳定性问题。研究结果表明,当频率偏离谱线中心600 MHz时,为了实现稳定的模式锁定所需要的注入信号强度应比在谱线中心处高出两个数量级。理论结果和已发表的实验数据符合得很好。研究进一步预示:当激光器气压增大至10倍大气压时,对于同样调谐范围所需的注入信号强度仅比在谱线中心处高出10%左右。     

A pressure-calibration method of wavelength modulation spectroscopy in sealed microbial growth environment

A new pressure-calibration method for calibrating the reduction of second harmonic(2 f) amplitude caused by pressure broadening effect in sealed microbial growth environment is present. The new method combines with linewidth compensation and modulation depth compensation and makes the 2 f amplitude accurately retrieve metabolic CO_2 in microbial growth. In order to verify the method, a simulation experiment is developed, in which the increasing CO_2 concentration leads to the increasing pressure. Comparing with the relation between the traditional 2 f amplitude and gas concentration,there is a monotonous relation between the calibrated 2 f amplitude and CO_2 concentration, particularly, a linear relation is present when the CO_2 concentration is replaced with the CO_2 particle number. In terms of microbial measurement,the growth of Escherichia coli is measured, and the culture bottle is sealed during the microbial growth process. The experimental results show that, comparing to the microbial growth retrieved by traditional 2 f amplitude, the calibrated 2 f amplitude can accurately retrieve microbial growth in sealed environment.     

高气压CO2激光器宽带输出频谱特性的理论研究

从理论上研究了高气压CO2激光器的宽带输出频谱特性.结果表明,在20个大气压下,CO2激光器有宽带输出,带宽高达5.0 cm-1(相当于150 GHz),从971 cm-1~976 cm-1,峰值在10R(16)线处,10R(14)线和10R(18)线差不多对称地分布其两侧.很小的增益差异(4.6%)造成了很大的能量输出差异(100多倍).比较了谐振腔内有无色散元件时的输出频谱,理论证明了谐振腔内无任何色散元件时的宽带输出频谱是光滑连续的,而频率依赖的反馈引起了输出频谱很强的精细结构.理论计算结果与实验测量结果符合较好.