气液耦合振动对热声发动机性能的影响

进行了气液耦合振动驻波型热声发动机定量模拟.重点比较分析了单纯气体振动系统和引入[EMIM][BF_4]室温离子液体作为液体活塞的气液耦合振动系统的运行参数,并考察了液体活塞的质量对热声发动机谐振频率、压力振幅以及板叠热端温度等的影响.     

气体工质对气液热声发动机性能的影响

本文针对一台气液耦合振动热声发动机,以1．5kg的水作为液柱,以氮气、氦气、氩气和二氧化碳分别作为气体工质,在2．0MPa平均工作压力下,实验对比了不同气体工质对谐振频率、压力振幅和板叠热端温度等系统性能参数的影响。实验结果表明,在相同加热功率下,采用氩气的系统获得的压力振幅最大;而在相同板叠热端温度下,以二氧化碳为气...     

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。     

结构参数对气液相变热声发动机性能的影响

本文基于包含流动和传热两个方面的电路类比理论,针对一具有环路结构的气液相变热声发动机系统进行了模拟计算和分析。重点讨论了排出器、动力活塞、反馈管以及负载液柱的直径和长度对于系统谐振频率和换热器驱动温度梯度的影响。结果显示,该气液相变热声发动机的谐振频率较低(小于1 Hz),排出器和动力活塞的直径,以及反馈管的直径和长度对于谐振频率的影响较大;气液相变热声发动机所需驱动温度梯度比通常气体工质热声发动机小一到两个数量级,各主要部件的直径对气液相变热声发动机所需驱动温度梯度的影响比长度对其影响更为显著。     

氦-氩混合工质热声发动机的频率特性

为提高热声发动机的热力性能,采用氦-氩混合工质对一台驻波型热声发动机进行了无负荷工况的试验研究.氦氩配比为0:1,0.2:0.8,0.4:0.6,0.6:0.4,0.8:0.2和1:0 6种情况,充填压力为0.7,0.9,1.1,1.3 MPa和1.5 MPa 5种情况.试验结果表明,随着混合工质中Ar含量的增加,系统谐振频率会从140 Hz降低到44 Hz.同时,加热端温度对谐振频率的影响减小,而大振幅下的二次频成分出现的规律及强度与工质配比关系不大.在氦气中加入20%的氩能够得到最好的系统性能,系统的振幅和压比较纯氦分别能够提升19%和15%.     

以TFE-[BMIm][Br]为工质对的吸收式制冷循环性能分析

本文选择含离子液体体系TFE-[BMIm][Br]作为吸收式制冷循环的工质体系,基于文献数据给出了计算TFE-[BMIm][Br]热物性模型,建立并联双效吸收式制冷循环的模拟程序,分别考察了四种双效并联制冷流程中溶液换热器的热交换效率、蒸发温度、吸收温度以及发生温度对系统性能、溶液循环倍率以及系统操作压力的影响.探索新工质对TFE-[BMIm][Br]的可行性,确定了TFE-[BMIm][Br]双效并联吸收式制冷循环的适宜的运行操作范围以及适宜的流程方案.     

[EMIM][A_C]在高压下的比定压热容

离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][A_C])广泛应用于化学分离过程,但其在高压下的比定压热容数据比较缺乏。本文基于流动型量热法建立了一套可适用于高压流体比定压热容测量的实验系统,温度、压力、比定压热容的扩展不确定度分别为0.05 K,13 kPa和0.98%。利用该实验系统对[EMIM][A_C]在T=(303~393)K、p=(0.1~16)MPa范围内的比定压热容进行了测量。基于测量结果,建立了一个可以精确计算[EMIM][A_C]比定压热容的新公式。     

以CO_2为工质的行波热声发动机研究

工质对热声发动机的性能有重要的影响.为了进一步增加热声发动机的压力振幅,降低其频率,本文在行波热声发动机中采用CO_2作工质,对采用N_2和CO_2作工质的热声发动机内部声场、压力特性和频率特性进行理论预测,并开展了一系列实验研究.实验结果和理论结果比较吻合,采用CO_2在行波热声发动机中获得1.3的最大压比,对应的压力振幅为0.222 MPa,工作频率降低到18 Hz附近.与N_2相比,采用CO_2提高了行波热声发动机压力振幅的性能.     

近临界区CO_2对热声谐振管性能的影响分析

谐振管是热声热机的主要部件之一,减小声功在谐振管中的耗散对改善热声热机输出特性具有积极意义。由于近临界区流体的热物性具有特殊性,用其作为工质时将会对谐振管内的声功损耗产生重要影响。本文对声功在以近临界区CO_2为工质的谐振管中的损耗情况进行了计算和分析。结果显示,在本文的计算条件下,相较于压力较低的CO_2,采用近临界区CO_2作为工质可降低谐振管内的声功损耗,并在工作压力略低于临界压力时,谐振管内的声功损耗可达到最小值.此外,在保持谐振频率不变的情况下,采用近临界区CO_2作为工质可一定程度上缩短谐振管的长度。     

温度对吡啶离子液体性质影响的分子动力学模拟研究

运用分子动力学模拟方法研究了温度对三种吡啶离子液体[BPy][BF_4]、[HPy][BF_4]、[OPy][BF_4]热力学性质的影响,得到了每个体系的密度、自扩散系数、电导率和黏度等.研究结果表明:随着温度升高,同一种离子液体的密度减小,阴阳离子的自扩散系数明显增大,电导率升高,而黏度降低.在同一温度下,随着阳离子上烷基链的增长,离子液体的密度减小,但热力学性质的变化规律并不完全同步.烷基链长最短的[BPy][BF_4]的自扩散系数和电导率在每个温度下均为最大,而黏度最小;但烷基碳链更长的[OPy][BF_4]和[HPy][BF_4]的各种性质相差不大,甚至当温度大于323 K时,烷基链较长的[OPy][BF_4]的自扩散系数比[HPy][BF_4]的大.     

采用光谱技术研究[C4mim][BF4]的传压和测压性能

金刚石压腔是一种在实验室被频繁使用的高压产生装置,它在高压领域占据着重要地位。当金刚石压腔内传压介质只能提供非静水压环境时,利用传统的红宝石荧光光谱测压方法将很难准确测量样品压强,这也是目前超高压实验面临的普遍困难。若有一种兼具“传压”和“测压”双重功能的物质,根据“相邻位置、相近压强”原则,将能够解决在非静水压环境中测不准样品压强问题。显然,探寻兼具“传压”和“测压”双重功能的物质是一项非常重要的工作。本文将红宝石微粒与离子液体[C₄mim][BF₄]装入金刚石压腔,然后利用金刚石压腔压缩[C₄mim][BF₄]使其提供高压环境,同时采集红宝石的荧光光谱及其附近[C₄mim][BF₄]的拉曼光谱。通过分析红宝石特征荧光峰R₁的峰位,得到了[C₄mim][BF₄]在加压过程中提供的一系列高压环境的压强值。通过分析红宝石特征荧光峰R₁的峰宽,发现[C₄mim][BF₄]在0~6.26和6.26~21.43 GPa两个压强范围内可分别提供静水压环境和准静水压环境,表明[C₄mim][BF₄]在0~21.43 GPa范围内可以作为传压介质使用。此外,还发现[C₄mim][BF₄]在0~2.28,2.28~6.26,6.26~14.39和14.39~21.43 GPa四个压强范围内分别为“液相Ⅰ”、“液相Ⅱ”、“非晶相Ⅰ”和“非晶相Ⅱ”。通过分析[C₄mim][BF₄]中特征拉曼峰ν_(B-F)和ν_(ring)的峰位,发现在[C₄mim][BF₄]四个相态内ν_(B-F)和ν_(ring)的峰位随压强增加均满足线性变化关系,并给出了相应的压强与峰位关系函数,这些函数是[C₄mim][BF₄]用作压标物质的重要依据。综上所述,[C₄mim][BF₄]不仅具有“传压”功能,同时还具有“测压”功能,可同时用作“传压介质”和“压标物质”。研究结果为在非静水压环境中准确测量样品压强提供了重要依据,也为超高压条件下样品压强测量不准确问题提供了新的解决思路。     

醋酸N-正辛基吡啶离子液体在不同溶剂中的荧光光谱分析

离子液体具有熔点低、可忽略的蒸气压、电化学窗口宽、热稳定性高和良好的导电性等独特性能,引起了化学工业和相关领域的广泛关注。离子液体具有低蒸气压,不会造成空气污染,但这并不意味着它们对环境完全无害。大多数离子液体易溶于水,可能会因为意外泄漏或通过污水进入水生环境。常用离子液体[BMIM][PF₆]和[BMIM][BF₄]的水溶液中,很容易形成氢氟酸,磷酸,具有一定的腐蚀性。将离子液体列为绿色溶剂,也需要提供其关于代谢和降解的毒性、生态毒性研究数据,或者其对环境影响的数据,离子液体在不同溶剂中的检测方法是非常重要的。离子液体的光谱分析法用量较少、方法简单、结果准确。离子液体和许多有机溶剂互溶,可形成均一、稳定的溶液。荧光检测法具有灵敏度高,选择性好,线性范围宽和受外界干扰少等优点。本工作研究了醋酸N-正辛基吡啶（OP-OAc）离子液体在水、乙醇、乙腈、乙酸等4种溶剂中的荧光光谱。研究结果表明,OP-OAc离子液体在不同溶剂中的荧光强度：I_乙酸＞I_乙腈＞I_乙醇＞I_水;最大发射波长的大小顺序：λ_{em, 水}＞λ_{em, 乙醇}＞λ_{em, 乙腈}＞λ_{em, 乙酸};它们的最大发射波长相对于激发波长发生红移;水中OP-OAc的荧光强度与浓度存在较高的相关性;当加入的甲醇、乙醇、乙腈溶剂不断增加时,OP-OAc离子液体的荧光强度增加,溶剂与水的比例为8∶2时,OP-OAc离子液体的荧光强度最强,溶剂的比例超过80%时,荧光强度突然降低;水中OP-OAc离子液体在pH 10时,荧光强度最高,在pH 14时,荧光强度最低。     

离子液体在大气压等离子体中稳定性研究

采用发射光谱、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱和核磁共振技术分析1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[Bmim]HSO₄）, 1-丁基吡啶硫酸氢盐（HSO₄）和1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼（[Bmim]BF₄）三种离子液体在大气压介质阻挡放电氩等离子体体系中的稳定性,并分别以上述三种离子液体为辅助液采用大气压介质阻挡放电等离子体技术制备TiO₂,进一步研究三种离子液体在等离子体中的稳定性对所制备的TiO₂晶相结构的影响。结果表明：向大气压介质阻挡放电氩等离子体中分别引入[Bmim]HSO₄,HSO₄和[Bmim]BF₄离子液体后并未改变氩等离子体放电光谱谱峰的位置和数量且没有新的谱峰生成,但谱峰强度都明显降低,说明上述三种离子液体没有在等离子体区蒸发形成激发态物种;[Bmim]HSO₄和HSO₄放电前后的红外吸收光谱基本一致,表明离子液体在放电后的化学键未发生改变;[Bmim]HSO₄和HSO₄的紫外可见吸收光谱显示其吸收峰的位置和强度未发生改变,说明两种离子液体在等离子体作用后的结构是稳定的;[Bmim]BF₄放电前后的红外吸收光谱各个特征峰并无明显差异,但其紫外可见吸收光谱图谱吸收峰的位置却发生较大的偏移,进一步对放电前后的[Bmim]BF₄离子液体进行核磁共振分析,两者的1H NMR峰数相同,但放电后的离子液体化学位移向高位偏移大约0.2单位,说明其化学环境发生了变化,表明有部分[Bmim]BF₄结构发生改变。光谱和核磁共振技术分析表明离子液体[Bmim]BF₄在等离子体作用后结构发生了改变。采用三种离子液体辅助大气压介质阻挡放电等离子体技术制备TiO₂样品的X-射线衍射分析结果表明 [Bmim]HSO₄和HSO₄辅助制备的HSO₄-TiO₂和[Bmim]HSO₄-TiO₂,谱图与锐钛矿相TiO₂标准谱图基本一致,表明所制备的TiO₂为纯锐钛矿型。而[Bmim]BF₄辅助制备的[Bmim]BF₄-TiO₂在2θ=24.1°处的衍射峰向小角度偏移,2θ=48°处的衍射峰向大角度偏移,说明[Bmim]BF₄在辅助制备TiO₂过程中,F进入TiO₂的晶格,破坏了TiO₂原子间的平衡状态,生成了F掺杂TiO₂光催化材料。F掺杂TiO₂光催化材料的形成也间接证明了离子液体[Bmim]BF₄在大气压等离子体中的不稳定性,此结果与核磁共振及紫外可见光的检测结果相一致。同时说明离子液体在等离子体的作用下对于纯锐钛矿晶格的形成和促进高活性掺杂型的光催化材料具有重要作用。为等离子体辅助离子液体制备高性能纳米材料提供重要的实验和理论依据。     

Experimental study of the influence of different resonators on thermoacoustic conversion performance of a thermoacoustic-Stirling heat engine

In this paper, an experimental study of the effect of the resonator shape on the performance of a traveling-wave thermoacoustic engine is presented. Two different resonators were tested in the thermoacoustic-Stirling heat. One resonator is an iso-diameter one, and the other is a tapered one. To have a reasonable comparison reference, we keep the same traveling-wave loop, the same resonant frequency and the same operating pressure. The experiment showed that the resonator shape has significant influence on the global performance of the thermoacoustic-Stirling heat engine. The tapered resonator gives much better performance than the iso-diameter resonator. The tapered resonator system achieved a maximum pressure ratio of about 1.3, a maximum net acoustical power output of about 450 W and a highest thermoacoustic efficiency of about 25%.     

同轴型行波热声热机的实验研究

自行设计搭建了国际首台同轴型行波热声热机的实验装置 ,以氮气为工质 ,获得频率为1 3 7Hz的谐振声波。回热器热端温度达到 2 0 0℃左右时 ,热声热机开始起振 ,平均振幅 0 .1 4bar     

驻波型热声发动机的数值模拟

通过对驻波发动机热声边界条件的分析 ,给出了一种用“打靶法”进行迭代运算的循环模式 ,从而避开繁重的矩阵运算 ,计算效率得到有效地提高。最后以一个实例证明本方法计算结果与实验吻合较好。     

热声谐振管的实验研究

本文主要介绍作者热声谐振管研制方面的工作，作者成功地研制了热声谐振实验装置系统。