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。     

热声系统中振荡滞后特性的试验研究

针对热声热机中存在着强烈的非线性热声自激振荡现象,在自行研制的"驻波型热声发动机试验平台"上,对采用He/Ar混合工质的驻波热声发动机系统的起振与消振过程的动态特性进行了详细的试验研究.试验结果表明:对于混合工质热声发动机系统同样存在热声自激振荡的滞后现象和振荡滞后回路;并且在一定的氦氩配比下,发现了"二次起振"的现象,更进一步验证了热声自激振荡的复杂性.     

电动声源热声致冷机声学和计算实例

我们将各种热声致机简化为一包括声学终端在内的声管道系统，并通过实例讨论了致冷机的声学特性，该管道系统与一般声管道不同：１．在热声堆中热波和粘滞波不可不计。２．在热声堆与声管连接时，必需考虑合成波的体积流；而热声堆内只需考虑传播波的体积流。本文对此提出了阻抗连接条件的修正。实例使用电动扬声器为声源，给出了热声行波和驻波致冷的声学计算方法以及它们的声学特性，所用扬声器的标称伏安为１００ＶＡ，可为热声致     

不可逆卡诺型制冷循环性能的优化

1引言 一些文献中不考虑热漏的特殊效应，建立不可逆制冷循环模型，但研究表明，这种模型是不完备的．在实际循环中，热漏不仅影响制冷机的最优构型，而且影响制冷机的制冷率、制冷系数特性．本文讨论在考虑实际热阻、热漏条件下，不可逆卡诺制冷循环性能的优化．     

固体吸附式制冷中热波循环的分析研究

1引言由Tehernev博士和S．V．Shelton教授提出的热波循环，是吸附式制冷中引起广泛兴趣的一种循环方式。其特点是高效回热，Shelton采用斜波法［‘］和方波法［‘］分析了热波循环，回热率达70％，热泵工况COP超过1．6。其它学者作了改进研究［‘并热波循环的模拟效果很好，但实验方面进展相当缓慢。采用螺旋板式换热器作吸附器，也发现热波循环的运行效果很不理想问。目前，相关的文献主要是系统模拟，而对其关键，热波的形成、特性研究较少。另外，研究侧重于系统性能（COP），对能量密度（SPD）考虑较少。本文将从传热的角度分析热…     

Rijke管热声振荡的稳定性切换行为研究

采用数值方法模拟了强弱两种阻尼条件下传热迟滞时间对一维Rijke管热声系统稳定性的影响,发现Rijke管系统存在稳定性切换现象.在推导了无量纲形式的管内声波动量方程和能量方程之后,利用Galerkin方法对控制方程进行展开并在时间域内数值求解.分析了强阻尼和弱阻尼条件下,给定热源的Rijke管热声振荡的稳定性与传热迟滞时间的关系.结果显示:在两类阻尼条件下,持续增大传热与速度的迟滞时间,系统均呈现出稳定性切换现象,即系统在稳定和不稳定两个状态间持续转变;但弱阻尼系统的不稳定区域宽于强阻尼系统的不稳定区域,系统最大振幅相对增大,且系统热声振荡的主模态在不同模态之间发生转换.最后,通过求解系统各阶模态极限环幅值随传热迟滞时间的变化,发现Rijke管热声振荡稳定性切换现象与迟滞时间存在近似周期性关系.     

热声发电系统中的拍频效应研究

热声发电是一种新型的发电技术,可有效利用太阳能、工业废热等低品位能源,具有广阔的应用前景。由于存在气体谐振管和发电机两个谐振机构,行波热声发电系统内可能会出现两个频率相近的压力波耦合振荡现象,即拍频现象,影响系统稳定运行。本文基于热力学分析法开展了热声发电系统中拍频效应的理论研究,在时域内得到并分析了不同加热温度下压力增长或衰减的拍频振荡现象。     

热声热机场方程的改进计算

本文讨论热声热机于二种热力学媒质组成的热声变换堆内外，温度、速度和压力场所应满足的改进的场方程．以PI和dP_1／dx等作为待定参数时，速度u_1和温度T_1的解式．并讨论了解式的含意与实验结果的对照．     

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。     

驻波热声冷却机的研究

与压缩机制冷相比,热声制冷结构简单、可靠性高和使用寿命长。本文在正常室温(20℃)和室压(1个大气压)的工作环境下以空气为声学介质来探讨热声制冷机的设计及热声制冷效果的影响因素,并制作样机进行实验研究。研究发现:板叠长度和中心位置对热声转换效率影响较大,其数值需要理论与实验相结合来确定;以空气为声学工质,在正常室温、室压下的热声制冷机,用50W的供电驱动、90 Hz工作时可实现冷热端37℃的温差。     

Rijke型燃烧器热声不稳定的频率跳跃

为研究热声不稳定的自激机理,搭建了Rijke型预混燃烧器热声不稳定试验台架,研究了其热声不稳定起振过程的频率特性.Rijke型燃烧器为两个不同尺寸的方管,下端封闭,上端开口,多孔介质稳燃体位于燃烧器下端四分之一管长处,甲烷与空气的预混气体在稳燃体上方燃烧,形成平面火焰.试验发现了Rijke型预混燃烧器内热声不稳定的起振过程中存在着频率跳跃:燃烧热释放脉动与燃烧器声场的耦合首先激发低阶的热声振荡,然后此低阶热声振荡逐步消退,再度激发起更高阶的热声不稳定,依次类推,直至激发起适合当前燃烧器结构的稳定持续的压力振荡.     

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。     

格子气的声振荡衰减

采用格子气数值方法模拟了共振腔中气体声振荡衰减过程．计算结果表明：格子气中声振荡衰减的规律和经典理论结果一致；衰减系数随频率增加而减小，并且随密度增加而减小．该结果可以用来说明一些大学统计物理教科书中的一个经典例子存在不完善之处．本中采用了一种新的扭转9-bit格子气模型和并行计算方法，这些结果对今后研究格子气中的热声问题有参考价值．     

Rijke热声振荡的非线性效应

本文研究了Rjike管热声振荡的非线性效应，指出了引起非线性效应的两个因素，即热声相互作用的非线性和声波在管子末端的非线性辐射声阻,并通过计算声波振幅的增长率和实验分析声波的频谱，发现非线性效应限制了管内声波振幅的增长，并且导致了二次及高阶谐波的产生。     

热声振荡在液面探测中的应用

本文叙述了一种根据“热声振荡”现象制做的液面探测计.这种液面探测计不仅可以用来探测液氦或液氢的液面,还可以在某些实验中用作液面报警器.它的结构简单,不需要任何电源和仪器.在使用液氦或液氢的低温实验中,当一个小直径的合金管的开端插进低温客器,而封闭端处于室温时,往往可以观察到管中气柱自发的纵向的无阻尼振荡,这个现象就是有名的“热声振荡”现象[1-4].产生热声振荡的主要条件是:台金管的内径或两个同心管之间的环形间隔足够小,通常在10毫米以下;沿着管的长度存在一个很陡的温度梯度;管的开端所处的温度低于30°K等.当管径足够…     

热声发动机起消振过程中压比演化规律研究

实验研究了热声发动机起振过程中典型的非线性现象,即双阈起消振现象。实验结果表明,充气压力以及加热功率对于双阈起振现象有着明显的影响,而双阈消振现象则主要由充气压力和消振时刻系统压力振幅决定。该研究有助于增进对热声振荡现象的进一步理解与认识。     

热声发动机的优化计算设计

把改进的12-Bit格子气模型用于复杂边界的热声发动机的模拟研究,成功模拟了带共振腔的驻波管中热声振荡演化过程。对热声板叠的长度、热声板叠在共振管中的位置以及共振腔的几何大小对热声振荡振幅的影响进行了数值计算。计算结果显示,当共振腔与细管的宽度比为2.2,板叠位置相对于细管长为0.34时,驻波管中热声振荡振幅达到最大。共振腔尺寸的研究,对于热声发动机性能的的优化设计有指导意义。     

Rijke管自激热声振荡的数值模拟

为了对热声不稳定的发生及控制机理进行研究,对Rijke管内的自激热声振荡现象进行了数值模拟。采用具有低频散低耗散特点的计算气动声学方法,对带有非线性热源项的声波方程进行数值求解,并比较了不同的热源模型及边界条件对非线性效应的影响。结果表明,计算气动声学方法可以成功捕捉到Rijke管内压力的起振过程,而且在速度扰动达到平均流速度的1/3时,振荡会由线性增长转为非线性增长,最终达到有限幅值极限循环。相比热源项,考虑管口辐射耗散的非线性边界条件在振荡幅值和频谱方面对结果的影响都比较小。数值模拟得到的结果与实验符合较好,表明计算气动声学方法适合于热声振荡问题的研究。     

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。     

热声起振现象的模拟研究

热声现象中广泛存在非线性效应,其中最典型的就是热声自激起振.本文建立了一个四分之三波长的Rijke管计算模型,基于并行计算,采用数值模拟对其起振现象进行了模拟.研究了不同初场对起振行为的影响,得出起振后的气体振荡频率,并对管内的流动与换热规律进行了详尽分析.模拟结果与文献结果相吻合.本文工作有助于更多地了解热声起振现象,同时也为我们开展热声问题的介观模拟提供了有力的参考.