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.     

热声发动机起振、消振过程的动态行为

针对热声发动机中复杂的起振、消振行为,在自行研制的"驻波型热声发动机试验平台"上,开展了工质类型、加热功率、充气压力等参数对热声发动机起振、消振行为的影响规律研究.试验结果表明:当采用纯氦气和90%氦气+10%氩气的混合气体时,系统存在一最佳的充气压力值,使起振温度和消振温度达到最低;而其余工质,其起振温度与消振温度均随着充气压力增加而逐渐提高;与此同时,由于加热功率对板叠热端温度影响较小,故采用板叠热端温度作为行为特性参数更为合理.     

热声发动机起振过程系统温度时序特性

针对热声发动机起振过程中复杂的温度变化,在自行研制的"驻波型热声发动机试验平台"上,开展了在不同的工质类型、充气压力等试验工况下,热声发动机起振过程的轴向温度分布规律和变化特征的试验研究,试验结果表明:对于氮气、氩气而言,其系统温度动态特性规律基本一致,且热声核温度梯度和热声板叠温度梯度存在较明显的差别;而对于氦气,其系统温度动态特性不同于前两类气体,且热声核的温度梯度和热声板叠温度梯度的差别十分微弱,可见,不同的工质类型将直接影响到发动机起振过程系统温度的动态变化特性.     

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。     

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。     

高功率固体激光器用气助式雾化无沸腾换热性能的实验研究

以水为工质,在维持热流密度及进口水温不变的条件下,进行气助式雾化无沸腾喷雾冷却实验。分析了液体流量、压力以及气体流动参数对雾化液滴索太尔直径dSMD的影响,并进一步研究了其对换热能力及换热表面温度均匀性的影响。实验结果表明气液质量流量比高于5%时,气液压力相当,可以实现气液相对速度、气体动能利用率、气耗率的最优匹配,可以得到最好的换热效果,而液体压力略低于气体压力,可以得到较好的温度均匀性;气液质量流量比低于5%时,气体压力略高于液体压力,保证气体动能利用率的同时提高了气液相对速度,优化了液体雾化和雾滴分布,得到了最好的换热性能和温度均匀性。     

一种太阳能热声发动机的研制及其性能研究

设计搭建了一台由双轴跟踪菲涅耳透镜集热器和驻波发动机组成的太阳能热声发动机,并在此基础上研究了不同工质配比、板叠厚度和谐振管长度对起消振温度和压力振幅的影响。实验结果表明,当氦气摩尔比为0.25~0.50时,混合气体有更低的起消振温度和更大的压力振幅。当板叠厚度由0.45 mm减至0.15mm时,起振和消振温度降低,压力振幅上升。随着谐振管长度的增加,起消振温度降低,压力振幅提高,当谐振管管长2.1 m时分别获得297℃和176℃的最低起振和消振温度,以及69.1 kPa的最大压力振幅。     

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.     

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。     

端部周期加热下管内气温奇异分布的实验研究

设计搭建了端部周期加热时管内气体热声对流的实验平台,对端部周期加热引起的气体热声对流作用下管内气体的温度分布进行了实验研究。该实验以氩气为工质,利用三极管控制加热电路实现周期性加热;测量了不同加热频率下管内的气体温度,并与常热流加热时的温度分布进行对比,结果表明端部周期加热时管内气体的温度分布与同功率下常热流加热时存在明显的差异,并且在某些测点出现了温度的奇异分布。本实验验证了超温现象的存在,为管内气体热声对流现象的进一步研究奠定了基础。     

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     

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。     

磁致伸缩换能器辐射板形状对声场分布的影响

磁致伸缩换能器可作为热声制冷机的声源装置,辐射板的形状直接影响声压输出效率,从而影响制冷效果。为提高换能器工作效率、减小换能器体积,辐射板需在Terfenol-D棒的激励下产生大振幅、高频率的活塞振型。针对这一问题,应用ATILA软件分析了磁致伸缩换能器辐射板形状对谐振腔振动幅频特性的影响以及对谐振腔内声场分布的影响。结果表明:相同激励条件下,凹球面辐射板出现活塞振型时振幅最大,对应谐振腔中声压幅值最高;谐振腔端面形状为凹球面时,具有聚焦声压幅值的作用;端面形状为凹发射端-凸反射端组合的谐振腔内声压幅值最高。以上结论为合理设计辐射板、谐振腔两端面组合形状提供了参考。     

Influence of resonator shape on nonlinear acoustic field in a thermoacoustic engine

The influence of the resonator shape on nonlinear acoustic field in a thermoacoustic engine is studied.The resonator of themoacoustic engine is boundary driving by a piston at one end,and the other end of it is rigid closed.A one-dimensional wave equation that accounts for gas dynamic nonlinearities and viscous dissipation in the resonator is established based on the governing equations of viscous hydromechanics.The nonlinear wave equation is solved using approximate Galerkin method.The nonlinear acoustic field in four different types of shaped resonators including hyperbolical,exponential,conical and sinusoidal are obtained and compared with that of a cylindrical resonator.It is found that the amplitude and waveform of the pressure are strongly affected by the resonator shape,the driving amplitude and the oscillation frequency of the piston.Waveform distortion,resonance frequency shift and hysteresis are observed,when the piston oscillation amplitude is large enough.The advantages of shaped resonator for thermoacoustic engine lie in inhibition of higher order harmonics and improvement of pressure ratio,etc.     

带压电片的阶梯形变幅杆的几何尺寸对振动特性的影响

本文分别讨论了两种振子:螺栓连接的振子和张力壳连接的振子。目的是:对螺栓连接的振子,通过改变阶梯形变幅杆的粗棒长度,分别研究细杆长度、位移振幅放大倍数,以及细杆输出位移振幅的变化,从而优选出变幅杆的粗端长度。另一方面对张力壳连接的振子,通过改变粗端直径大小,观察了细杆输出位移振幅的变化,粗、细端直径和谐振频率的关系。同时对细杆长度和谐振频率的关系,分别进行了探索,给出了选择振子尺寸的方法。 关键词：     

Experimental studies on perturbed acoustic resonant spectroscopy by a small rock sample in a cylindrical cavity

A measurement system for acoustic resonant spectroscopy (ARS) is established, and the effects of resonant cavity geometry, inner perturbation samples and environmental temperature on the ARS are investigated. The ARSs of the small samples with various sizes and acoustic properties are measured. The results show that at the normal pressure, the resonant frequency decreases gradually with the increase of liquid temperature in the cylindrical cavity, while the resonant amplitude increases. At certain pressure and temperature, both the resonant frequency and the amplitude decrease greatly when there exist air bubbles inside the cavity fluid. The ARS is apparently affected by the sample porosity and the sample location in the resonant cavity. At the middle of the cavity, the resonant frequencies reach their maximum values for all of the measurement samples. The resonant frequencies of the porous rock samples are smaller than those of the compacted samples if other acoustic parameters are the same. As the sample is moved from the top to the middle of the cavity along its axis, the resonant amplitude increases gradually for the compacted rocks while decreases for the unconsolidated rocks. Furthermore, the resonant amplitude increases firstly and then decreases if the porosity of the rock sample is relatively small. In addition, through the comparisons between the experimental and theoretical results, it is found that the effects of the acoustic parameters and sizes of the samples and the size of the cylindrical cavity on the laboratory results agree well with the theoretical ones qualitatively. These results may provide basic reference for the experiment study of rock acoustic properties in a low frequency using ARS.     

长颈管在微型脉冲管制冷机中的应用分析

长径管作为调相器应用于微型脉冲管制冷机系统时存在阻抗不匹配现象,即调相效果好时,往往脉冲管热端阻抗大小,从而使脉冲管中的压力波幅值小,蓄冷器中损失增大,制冷性能降低;用不同管径和长度的长径管作为调相器时,最低制冷温度产生在阻抗匹配区域或热端阻抗最大的区域;对于本实验中的微型脉冲管制冷机,以长颈管作为调相器时最低制冷温度为107.3 K,低于以单纯的小孔阀作为调相器时所获得的最低制冷温度,但还达不到双向进气的水平。