行波热声发动机声功输出特性研究

行波热声发动机具有效率高、可靠性好及环保等优点.本文分别以氮气和氦气为工质研究了行波热声发动机的声功输出特性.在平均压力为3.0MPa,输入功率为3000W时,氮气为工质获得最大492.3W输出声功,氦气为工质获得最大691.3W的声功.此外还针对两种不同锥度的锥形谐振管发动机的声功输出特性进行了对比研究.研究表明:设计合理的谐振管一方面能够有效降低加热温度,有利于利用低品位热源;另一方面还能有效地降低损失,在相同的加热量下具有更高的压比、更大的输出声功及效率.     

400W行波热声发电系统的实验研究

本文阐述了为太阳能发电系统设计的400 W行波热声发电系统(TWTAEG)的实验研究过程.实验系统由行波热声发动机和直线发电机组成,系统采用平均压力为3.5 MPa的氦-氩混合气体为工质,其中氩气分压比为1.4%,系统运行频率为74Hz.实验中最大输出电功为446 W,此时的热电效率为13%;在输出电功为416 W时热...     

室温温区热声制冷机研究

热声制冷机作为一种新型制冷技术,具有效率高、可靠性好、环境友好等特点。目前,室温温区热声制冷机存在回热器声功利用量少、出口声功大、回收损失大等问题。本文基于SAGE软件,对室温温区热声制冷机的工作机理进行了研究。通过对两级及以上热声制冷机的制冷系数、制冷量以及进出口阻抗相角进行分析,探寻同时提高声功利用率和制冷量的方法。在分别以制冷系数和制冷量为优化计算目标的前提下,得到了室温温区多级热声制冷机的制冷量、制冷系数及声功利用率随级数变化的变化规律。计算结果显示,多级热声制冷机对出口声功的利用率存在最大值。可根据实际需求综合考虑制冷系数及制冷量,以得到较优的制冷工况。     

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.     

频率对热声制冷机影响的研究

分析和研究了频率对热声制冷机声压、温差和声功的影响 ;使用网络模型计算的结果与实验结果相吻合 ;该研究也是对网络模拟和声功测量方法的验证。     

热声驱动系统中的压力测量

介绍了自制的用于热声驱动脉管制冷装置的计算机压力波数据采集系统。该系统由硅压电压力传感器、数据采集卡、PC机和基于 Labview软件的图形化用户界面 GUI( Graphical User In-terface)组成。试验证明 ,它具有结构简单、高效精确、操作简便等特点 ,在捕捉被测系统内的动态压力变化方面具有优势 ,不但能很好地满足热声驱动器的压力测量要求 ,而且亦可移植到任何类似的测量气体压力的场合     

变温热源环路热声发动机系统的阻抗匹配

基于串联型环路三级热声发动机系统,使用SAGE软件从系统与外接负载阻抗匹配的角度进行了模拟计算。分析发现:变温条件下系统内部声场中声功、压力波动和体积流率会分层分布但变化趋势相同,同时阻抗的沿程分布几乎不受影响,结构相同的各级热声发动机可匹配的最佳外接负载阻抗分布区域相近。在此基础上,进一步确定3. 0E7 Pa·s/m~3@60°为各工况下外接负载的优选值。结果表明:当外接负载阻抗都设定为优选阻抗值时,整机系统在变温条件下可同时实现较高的声功输出、热声转换效率和相对卡诺效率。     

行波热声发动机的优化设计

对行波热声发动机进行了优化设计 ;对回热器内部的功的损失和回热器的热漏损失进行了分析 ;给出了行波热声热机回热器的优化结构 ;对于设计行波型热声发动机有非常重要的理论指导意义。     

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.     

扬声器驱动热声制冷机的研究进展

热声制冷技术是一项新型的制冷技术,它具有运动部件少、运行可靠、振动小、寿命长、对环境无污染等优点,在航天、超导、低温电子、低温生物等众多领域有着十分广阔的应用前景。本文阐述热声制冷效应的基本原理和热声制冷循环之后,系统介绍了热声制冷机中共振管、板毪、换热器、动力源(扬声器)等部件和制冷工质的研究情况。同时,指出了扬声器驱动热声制冷存在的问题,并对热声制冷的发展进行了展望。     

Adaptive tuning of an electrodynamically driven thermoacoustic cooler

The commercial development of thermoacoustic coolers has been hampered in part by their low efficiencies compared to vapor compression systems. A key component of electrodynamically driven coolers is the electromechanical transducer, or driver. The driver's electroacoustic transduction efficiency, defined as the ratio of the acoustic power delivered to the working gas by the moving piston and the electrical power supplied, must be maintained near its maximum value if a high overall system efficiency is to be achieved. Modeling and experiments have shown that the electroacoustic efficiency peaks sharply near the resonance frequency of the electro-mechano-acoustic system. The optimal operating frequency changes as the loading condition changes, and as the properties of the working gas vary. The driver efficiency may thus drop significantly during continuous operation at a fixed frequency. In this study, an on-line driver efficiency measurement scheme was implemented. It was found that the frequency for maximum electroacoustic efficiency does not precisely match any particular resonance frequency, and that the efficiency at resonance can be significantly lower than the highest achievable efficiency. Therefore, a direct efficiency measurement scheme was implemented and validated using a functional thermoacoustic cooler. An adaptive frequency-tuning scheme was then implemented. Experiments were performed to investigate the effectiveness of the control scheme to maintain the maximum achievable driver efficiency for varying operating conditions.     

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。     

热声起振机理的研究进展

回顾了最近十几年间国内外热声起振机理的研究进展,重点介绍了热声起振研究的主要理论和实验研究方法,指出了当前理论成果与实际热声过程之间存在的差距,并对热声理论研究今后的发展趋势进行了展望。     

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。     

环形流道的热声学特性分析

从线性热声理论出发,推导了环形流道的横向分布函数表达式。在此基础上比较了等截面积环形流道与圆管的阻抗特性;针对一定工况,计算比较了两者沿管长的压力体积流率分布情况。该表达式对于设计小型同轴型热声系统以及简化热声系统的CFD模拟具有重要意义。     

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。