40K温区的热驱动低温热声制冷机

热声驱动脉管制冷机主要由热声发动机和脉管制冷机组成,是一种完全无运动部件的新型低温制冷机。本文在实验室现有行波热声发动机的基础上,运用线性热声理论对两级脉管制冷机进行了设计,并用声学放大器对热声发动机和脉管制冷机进行耦合,提高脉管制冷机的驱动压比,从而获得了41 K的低温,这是目前热声驱动脉管制冷机所获得的最低制冷温度。正因为本热声驱动脉管制冷机系统的热驱动特性及其主要部件都是按照热声理论进行设计,所以我们将其称为热驱动低温热声制冷机。     

基于场协同理论的热声回热器数值研究

热声回热器是热声热机的重要部件。基于Rayleigh准则,提出回热器内流固之间的对流换热强度是影响热声热机整体性能的重要因素。利用改进的数值模型,模拟了平行板叠内回热器的速度与温度分布特性,并分析了板叠内部对流换热及整机性能之间的对应关系。此外,基于强化对流传热的场协同理论,提出了4种新型结构的异型回热器,并分别对其换热性能与热声转换性能进行了对比分析研究:表明采用混合型回热器的热声热机具有更优越的工作性能,输出声功的压力振幅较普通结构回热器可提高2.8%。研究结果验证了热声回热器内部对流换热强度与热声热机性能呈正相关性,通过改良回热器结构可有效提高热声热机的热声转换性能。     

热声泵质

分析了混合工质在热声边界层内发生分离的机理及热声循环中的泵质微循环过程 ,讨论热声泵质的意义及应用     

热声发动机核心单元热功转换性能的研究

最近我们研究小组提出了一种声学共振行波热声发电机,它由三个相同的热声发动机核心单元,三台直线电机通过细长的谐振管连接起来。为了考察单个热声发动机核心单元的热功转换性能,我们搭建了热声发动机核心单元热功转换性能测试实验台。该实验台由两台压缩电机,热声发动机核心单元和两台膨胀电机组成。通过改变膨胀电机的电容和电阻,可以改变膨胀电机的阻抗,从而改变热声发动机核心单元的热功转换性能。经过模拟,我们确定了核心单元最佳工作阻抗范围.实验中当负载阻抗幅值为1.19×10~7 Pa·s/m~3,相位为60°时,获得最高净声功1046W和最高热声效率25.52%。由于热声发动机核心单元的漏热,实验结果和模拟结果在热声效率上相差较大。     

直线压缩机驱动热声型低温热声制冷机研究

直线压缩机驱动的热声型低温热声制冷机是获得低温的一种重要制冷技术,它利用直线压缩机往复运动产生的声波驱动脉管产生热声制冷效应而工作。文中报道了由中国科学院理化所和深圳市中科力函热声技术工程研究中心联合研制的系列液氮温区低温热声制冷机,其效率达到22%,为目前国际上所有公开报道的各类热声制冷机中的最高效率。该系列低温热声制冷机在低温下无运动部件、可靠性高,在红外探测器、高温超导滤波器等低温电子器件冷却方面具有重要应用前景。此外,还将对下一步的研究进行简单的介绍。     

驻波热声系统的自激振荡机理

热声发动机的起振过程是一个产生并维持自激振荡的过程, 研究热声自激振荡机理有助于进一步了解热声效应的实质. 根据热声网络理论, 建立了驻波热声发动机的整机网络. 将热声网络比拟成电网络, 利用厄米特式计算了输入热声网络的视在功流, 功流平衡对应自激, 在角频率虚部为零的情况下计算了热声发动机的阈值温度和运行频率. 结果表明, 计算值与实验值符合得较好, 充气压力与阈值温度和运行频率的耦合关系大致相同. 所得结论有助于进一步探究热声效应机理以及热声发动机系统的优化设计.     

非线性热声理论的研究进展

主要总结了热声系统中的非线性热声现象,指出了线性热声理论的不足,回顾了近十年来国内外热声工作者为解释这些非线性现象所做的理论探索,对其发展方向进行了展望.     

热自然对流对热声起振行为的研究

主要研究热自然对流对热声发动机系统的影响。通过一系列的实验 ,发现热声发动机空间位置的变化对行波型热声机的起振温度、回热器的温度分布等重要参数有着相当大的影响。作者通过分析 ,对该现象进行了定性的解释。     

热声热机热声核内传热与流动特性实验研究

本文通过搭建扬声器驱动的热声热机可视化实验台,利用粒子成像测速仪(PIV)和红外热像仪得到冷、热端换热器间速度及温度场分布,对有无声场两种情况下热声核中速度及温度场的变化进行了实验研究。实验结果表明,外加声场改变了热声核中热对流的基本模式,增强了冷热端换热器间的换热能力,对热声核中的温度分布有着显著的影响。揭示了热声核中的流动与换热规律。     

时均流驱动热声制冷研究进展

时均流驱动热声制冷是热声领域的全新方向,依据该原理工作的热声制冷系统能够利用风能获得制冷效应,完全没有运动部件,为风能利用提供了一种新思路。文中详细介绍了时均流诱导声振荡的工作机理以及时均流驱动热声制冷的最新研究进展,并对该领域的研究进行了展望。     

可调频率的热声振荡演示器的研制

基于热声理论,介绍了一种相对于传统热声振荡演示器更为简单、有效、直观的热声振荡演示装置,该装置除可调节声波振幅外,还可以调节声波的频率。该装置有助于更好地理解热声效应,了解影响热声振荡的因素,为进一步的深入研究奠定基础。     

扬声器驱动热声制冷机设计研究

热声制冷机主要由声驱动器、共振管、板叠、高低温端换热器、声容等部件组成。它具有运动部件少、运行可靠、振动小和寿命长等优点 ,在军事、航天、微电子、低温物理等领域有着十分诱人的应用前景。文中运用经典线性热声理论对热声制冷机各个组成部件设计进行了介绍 ,在此基础上设计了一台扬声器驱动热声制冷机 ,并用专业计算软件进行了数值模拟验证 ,为热声制冷机进一步优化与发展提供了一个解决方案。     

80 K温区的小型行波低温热声制冷机

热声制冷机由于结构简单、无运动部件,具有广阔的应用前景。本文在已有的小型行波热声发动机的基础上,开展了热声制冷的工作。利用线性热声理论对制冷机进行数值模拟,并对制冷机的各热声元件优化。优化后,系统整体装配横向尺寸仅0.5 m,在充气压力3 MPa,发动机输入功率384 W的条件下,达到了80 K的无负载温度。由于本制冷机由行波型热声发动机驱动,并且是通过线性热声理论优化,因此称之为小型行波低温热声制冷机。     

燃气驱动热声发动机中加热器的设计与实验验证

加热器在热声发动机的能量传递和转化过程中起着重要作用,是热声发动机的核心部件之一。目前热声发动机大多采用电能驱动,采用燃气直接燃烧驱动将对热声发动机的实用化具有积极促进意义。根据热声发动机的工作特点,以时均流对流换热公式为依据,设计了一种新型燃气燃烧驱动加热器,并应用于现有的混合型热声发动机实验台上,取得了较好的实验结果。     

弱非线性热声理论模型的建立及简化

本文指出非零的周期平均热声效应在本质上是非线性的,应保留到二阶精度。在小振幅条件下,利用摄动方法,以无限大平板流道为例,建立了二阶精度的弱非线性热声理论模型,并在不同条件下对模型做了进一步简化。这一理论为理解热声系统的工作机制以及设计优化热声系统提供了强有力的理论工具。     

热声交变流动中浮力效应理论分析

热声交变流动是热声热机的工作基础,研究交变流动机理有助于人们认识热声热机的工作过程。鉴于前人的理论分析一般没有考虑浮力效应的影响,本文从流体热动力学的角度研究了浮力对流与热声交变流动的耦合规律。基于线性理论方法,给出了考虑浮力项和热对流Rayleigh数的热声线性理论模型,分析了浮力效应对平行交变流动的影响,发现热对流...     

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.