交变流动回热器的热声功能和回热功能

本文从解析的角度论证了交变流动回热器不仅具有经典热力学理论所认为的回热功能,而且具有热声理论所论述的热声功能,并指出交变流动斯特林热机进行的不是传统热力分析认为的两个等温过程和两个等容回热过程组成的斯特林循环。     

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。     

平行板叠末端交变流场的可视化实验研究

本文应用Particle Image Velocimetry(PIV)技术,对平行板叠后端交变流场进行了可视化实验研究。实验测得了在热声热机中加入板叠后,交变流动在平板末端涡旋的产生情况,分析了通道中心置轴线上速度分布曲线的变化。结果显示,随驱动比(为最大压力振幅与平均压力之比)的增加,板叠末端涡旋影响区域增大,其结构也由对称变为不对称;板叠末端形状为半圆形时涡旋形状变圆,板叠末端为三角形时涡旋被压扁而紧贴壁面。该研究对深入了解热声板叠术端附近流动状况与热交换之间的相互影响具有意义。     

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.     

影响回热器换热的各参数讨论

从线性热声理论出发,通过求解并简化交变流动换热系数,对规则流道的换热进行较为全面的讨论,得到平板以及圆管流道回热器换热系数的简化表达式.考虑固壁温度波动后,发现对于一定结构的回热器,换热系数是六个无量纲量的函数.特别针对低温情况下,讨论了影响换热的主要因素以及增强换热的方法.     

热整流效应的消失与翻转现象

研究了热整流器模型当中碰撞效应对其热传导性质,尤其是热整流效应的影响:碰撞会引起声子能带的交叠.在高温区,发现在考虑了粒子间的碰撞之后,声子能带会有明显的重叠,热整流效应会被削弱甚至消失.而在低温区,由于交换热源时,碰撞效应对声子能带交叠的贡献存在差别,因而出现了翻转的热整流效应.结果表明在设计热整流器件时,必须要考虑碰撞效应的影响.     

Rayleigh-Bénard热对流中non-Boussinesq效应的数值研究

采用变物性格子Boltzmann通量求解器（VPLBFS）研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例,采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解,只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设的PBA解,以及考虑流体全部物性变化的变物性解,分析了non-Boussinesq效应对Rayleigh-Bénard热对流的影响,讨论了不同温差条件下的non-Boussinesq效应.研究结果表明:non-Boussinesq效应对超临界流体的Rayleigh-Bénard热对流有非常显著的抑制作用,论证了在研究热对流时考虑流体全部物性变化的必要性.      

行波型热声热机的研究进展

Ceperley首先提出了行波型热声热机的概念 ,此后许多研究者对此类型的热机进行了理论及实验研究。文中对行波型热声热机的发展历史、研究现状及应用前景进行了简要介绍     

热粘性对发动机排气管道中噪声传播的影响

声波在气体中传播时,气体的热粘性效应会使声波产生一定程度的衰减,且气体的声吸收系数随温度的升高而增大。由于发动机的排气温度较高,热粘性效应引起的排气管道中的噪声衰减应加以考虑。基于准平面波理论,首次计算了考虑热粘性效应时不同温度、流速和管道尺寸下排气管道中的传递损失,分析了各参数对管道中噪声衰减的影响。结果表明,随着温度和频率的升高热粘性声衰减增强,而气流流速和管道直径的增加会降低直管中的热粘性声衰减。对于简单膨胀腔,传递损失的预测结果表明,热粘性效应使通过频率处的声衰减有所改善。     

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。     

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     

热声发动机用加热器的设计与实验验证

热声发动机利用热声效应将热能转换为机械能,热能由核心部件加热器提供。加热器在热声发动机的能量传递和转化过程中起着举足轻重的作用。针对热声发动机的工作特点,介绍了一种采用时均流对流换热公式进行热声发动机用加热器设计的方法。基于该方法,设计了一种新型热声发动机用电加热器,并应用于自行研制的太型多功能行波热声发动机试验台。设计计算和实验结果表明,该加热器能够充分满足热声发动机的加热要求。本文对以振荡流体为特征的换热器设计具有一定参考价值。     

EXPERIMENTAL STUDY OF CONVECTIVE HEAT TRANSFER INSTABILITIES IN TRANSIENT RESPONSE ALONG A COUNTERCURRENT HEAT EXCHANGER

This article deals with experimental investigations to reveal the effect of combined natural and forced convection in a horizontal tubular countercurrent heat exchanger in both transient and steady states. In transient response, the temperature profiles of hot fluid in a cross section of the inner tube show the influence of buoyancy forces and radial conduction. These profiles are distorted in time and lead to the appearance of oscillating temperature along the inner tube of the heat exchanger. The transient Richardson dimensionless number is calculated to show these effects. Also, a spectral analysis using the discrete Fourier transform has been performed to characterize these temperature instabilities. Using this technique, the influence of flow rates of hot and cold fluids is investigated.     

行波和驻波模式下热声振荡的临界温度梯度

热声机械作为一种能量转化装置。其效率于传统发动机还有较大差距。本文讨论了热声发动机在驻波和行波两种不同工作状态下,其声功率产生的临界温度梯度与流道尺寸和工作介质的关系,得出了两种模式下最佳的工作条件。结果表明;采用行波形式的热声发动机结构,可以有效降低临界温度梯度,提高热致声的效率,同时可以利用一些低品位来做为热声发动机的高温端。     

驻波型热声制冷机熵产分析

声制冷机是一种新型制冷机,具有无机械运动部件,可靠性高寿命长,采用惰性气体为工质无污染等优点．驻波型热声制冷机的声功泵热效应是不可逆过程,内部不可逆损失导致热声制冷机效率偏低,制约了热声制冷机的发展和应用．本文研究了线性范围内驻波型制冷机换热器和回热器内的可压缩振荡流动与传热过程的熵产,分析了板间距,振荡频率和温度梯度对熵产的影响。     

回热器功产生的临界温度梯度研究

热声机械作为一种能量转化装置，能够不通过运动部件将热量转变成压力波输出，实现这一功能的关键部件就是回热器，本文讨论了丝网型回热器能在纯行波状态下起振的临界温度梯度与结构参数及运行参数的关系。     

热声热机中的能量模拟与分析

文中主要对回热器中的能流及其能流分量进行了模拟 ,并在此基础上分析了能流及其分量对热声热机的影响 ,为更深地理解热声热机中所发生的能量转换现象 ,更好地设计热声热机提供有价值的依据和参考。     

THE NATURE OF NATURAL CONVECTION IN BINARY GASES DUE TO HORIZONTAL TEMPERATURE AND VERTICAL CONCENTRATION GRADIENTS

Abstract

Results are presented that illustrate the effect of augmenting or opposing thermal and solutal body forces on the flow, temperature and concentration distributions. For augmenting buoyancy forces, the flow field is very similar to that for a single-component fluid. Multicellular flow patterns are observed for opposing buoyancy forces that depend on the buoyancy parameter. The solutal buoyancy force does not dominate the flow field for all values of opposing body forces, because the solutal gradient is vertical. The concentration gradient affects the natural convection through both the additional buoyancy force and the thermophysical properties of the gas mixture.