回热器的热声直流模型及其效应研究

本文由基本的守恒方程出发,获得了能描述回热器存在声直流时的非线性动力学模型及由此而导致的非线性时均热力学效应。根据所得到的模型,考察了声直流对临界声功产生率温度梯度、回热器温度分布以及脉冲管制冷性能的影响。     

多段式回热器的斯特林热声发动机CFD仿真

热声回热器的温度梯度使得轴向气体存在不同粘性,因此单一水力直径的丝网会引起回热器的直流损失。为了减小该损失,文中提出了多段式回热器结构,建立了适用于大振幅下斯特林热声发动机的三维CFD计算模型。计算结果验证了多段式回热器能有效提高热声发动机的整机性能。该研究有助于增加对回热器的进一步认识和理解。     

热声回热器结构频率的数值研究

介绍了声波在结构中的几种表现形式,综合考虑结构声传播过程中的色散现象会影响结构和流体的声耦合,将结构声理论运用于热声系统回热器内结构振动的分析。通过采用Ansys软件对回热器中薄板建立模型并分析其振动模态。结果显示:(1)回热器中薄板结构主要受弯曲波作用,振动时发生弯曲变形;(2)薄板振动模态的固有频率随板厚度减小而降低,随长度减小而增加;(3)薄板振动模态随阶数升高而趋于复杂,相应的固有频率值由数十赫兹发展到数千赫兹,包含热声系统谐振频率的工作区间。     

脉冲管制冷机中4K回热器的数值模拟

为了研究液氦温区脉冲管制冷机的性能,本文对脉冲管制冷机中4 K回热器进行了数值模拟分析,建立了包括压缩腔、高温换热器、回热器、低温换热器和膨胀腔等五个区域的数理模型,同时考虑了~4He的非理想性以及钬铜体积热容随温度变化的影响;对4 K回热器的传热与交变流动过程进行了数值模拟,并分析了回热器中总能流、声功流、体积流率分布、相位的分布和温度分布。计算结果显示,系统在运行频率5 Hz,压缩腔入口压比1.37,输入声功8.14 W的情况下,理论预测在4.2 K时制冷量为0.27 W,考虑膨胀活塞回收的声功后相对卡诺效率为20.6%。     

直线电机驱动回热器性能研究

本文提出并搭建了一种采用直线电机驱动的回热器热声转换实验台,通过调节负载阻抗改变回热器处声场条件,研究回热器在不同声场下热声转换特性。文中首先对实验系统进行了数值模拟,结果表明,回热器存在最优的工作声场,但由于有限水力半径因素,最优声场会偏离行波相位。计算中系统获得了最大1300 W净输出声功,热声效率达到35%。之后进行的实验实现了回热器处声场的调节,验证了回热器的声功放大作用,并获得了与数值计算相同的趋势。     

液氮温区混合回热器斯特林制冷机数值模拟研究

自由活塞斯特林制冷机具有温区广、制冷效率高、结构紧凑、振动小以及寿命长的特点。回热器作为制冷机的核心部件,决定着制冷机的性能。为了提高液氮温区斯特林制冷机的效率,本文提出采用卷绕聚酯酰胺(简称PI)薄膜和不锈钢丝网混合填充的回热器,并对该混合回热器进行了数值模拟研究。首先分析了液氮温区混合回热器的填充参数,接着设计制冷机的尺寸参数并建立制冷机整机的数值模型,最终揭示回热器长度、两种填料填充比以及相位特性对混合回热器制冷性能的影响,并将混合回热器与单一填料回热器进行对比。结果表明,混合回热器在液氮温区具有明显优势,在混合回热器长度为8 cm、卷绕PI薄膜和不锈钢丝网混合填充比例为7:1、排出活塞领先动力活塞60°时获得最佳制冷性能。室温300 K、输入声功为451 W,在77 K获到58.1 W的制冷量,声功计的相对卡诺效率为37.26%,比单一填充卷绕PI薄膜和层叠不锈钢丝网的回热器分别高了6.26%和17.33%。     

热声回热器流动、传热新模型及其性能的实验表征

提出了可压缩流体交变流动下回热器的新模型,利用所得的热声热粘函数fk、fì的一般简化式,获得影响回热器特性的普遍关联式.根据回热器内流场与温度场分布相似的假设条件,通过简单的双传感器测量方法,得到回热器内的小Reù下的流动阻力对流换热系数.     

热声系统中回热器特征阻抗与传播常数的研究

针对本实验室一台声驱动热声系统,采用传递函数法研究声驱动系统中回热器的特征阻抗和传播常数.通过调节谐振管长度,改变回热器表面的阻抗,从理论上分析了回热器网络传输方程中的声传播常数、特征阻抗与系统网络元件中的阻抗、导纳和流的关系.并且进一步讨论有无换热器以及不同的加热功率对回热器网络参数的影响.结论有利于进一步量化回热器的网络参数.     

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。     

回热器流阻对脉管制冷机稳定性的影响

由双向进气阀引起的直流流动是脉管制冷机在高温区如80K温度不稳定的根本原因.本文理论和实验研究了通过改变回热器流阻进行直流抑制的可行性.结果表明:适当增加回热器流阻,可以有效抑制直流,进一步改善双向进气脉管制冷机性能,实现在较高温区长时间稳定工作,为解决其存在的高温区性能不稳定提供了新的途径.     

壳管相变蓄热器强化传热实验研究

为了强化相变蓄热器传热性能,本文设计了三种新型壳管相变蓄热器结构,并对其换热性能进行实验研究。结果表明:在蓄热器内部添加分层结构和斜翅片换热性能最高,内部温度达到均匀化的时间随换热单元数增加而增大;换热管道间翅片的添加可有效地强化换热效果,改善蓄热器内部出现的温度严重分层现象,温度分布更加均匀;在研究范围内,换热流体温度的增加可有效提高蓄热器的换热效率,缩短相变时间。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第三部分:压降因子和摩擦系数

交变流动蓄冷器的压降因子和阻力系数对实际的工程计算、数值模拟及制冷机的设计有重要的意义 ,然而对低温交变流动蓄冷器的阻力特性一直缺乏系统的实验结果。文中给出了低温交变流动蓄冷器的压降因子及液氮温区交变流动蓄冷器摩擦系数的拟合公式 ,并为常温下的实验对比 ,对低温蓄冷器的设计提供了参考     

活性炭吸附氦气式回热器的吸附特性研究

回热式低温制冷机在空间探测和地面实验中都有重要应用,但是在液氦温区工质氦气的体积比热容高于目前几乎所有的蓄冷材料,导致回热器效率低下.直接使用活性炭吸附一部分工质氦气作为蓄冷填料是一种潜在的解决方案.基于4～J10 K温度区间内吸附量的实验数据,建立了低温动态吸附计算模型,分析了液氦温区动态吸附特性对回热器性能参数的影...     

行波型热声发动机起振温差的研究

热声机械作为一种新型的能量转化装置 ,讨论其起振温差对于利用低品位能源具有非常重要的意义。文中讨论了行波型热声发动机起振温差的计算方法 ,得到了回热器结构、工作介质、丝网、频率等对起振温差的影响规律     

Study of acoustic field modulation in the regenerator by double loudspeakers method

A model to modulate acoustic field in a regenerator of a thermoacoustic system by the double loudspeakers method is presented in this paper. The equations are derived for acoustic field modulation. They represent the relations among acoustic field (complex pressure p(0), complex velocity u(0), and acoustic impedance Z(0)), driving parameters of loudspeakers (voltage amplitude and its phase difference), and operating parameters involved in a matrix H (frequency, temperature of regenerator). The range of acoustic field is adjustable and limited by the maximal driving voltages of loudspeakers according to driving parameters. The range is simulated and analyzed in the amplitude-phase and complex coordinate planes for a given or variable H. The simulated results indicate that the range has its intrinsic characteristics. The expected acoustic field in a regenerator can be obtained feasibly by the modulation.     

CO2跨临界水-水热泵系统实验研究

对CO2跨临界水-水热泵系统进行研究,并搭建实验台进行测试:系统中添加回热器与否的两种情况下,通过改变蒸发温度、冷冻水的流量和温度、冷却水的流量和温度,测试系统的制热系数COPh和制冷系数COP。结果表明,蒸发温度升高,系统的COPh、COP也随之增加;而冷冻水流量增加,系统的COPh、COP增加不明显;增加回热器后随着冷冻水温度升高,系统COPh和COP上升趋势显著;冷却水流量增加对系统性能的影响很大;随着冷却水温度的升高,系统的换热量降低,导致系统的COPh和COP随之降低。通过以上实验证明在相同的工况下,添加回热器可提高系统的性能。     

牛津型斯特林制冷机回热器特性的理论研究

考虑到工质气体的可压缩性和非理想效应 ,在进入气流简谐波动的条件下对回热器建立了理论模型 ,对牛津型斯特林制冷机的回热器动态热力特性进行了理论求解。通过对动态压力、速度、温度等参数的求解结果分析可知 ,气体与填料之间的热交换对气流压力波动和速度波动影响很小 ,而对气流温度波动影响很大。并且给出了回热器优化的措施。     

振荡流下回热器压降特性的实验研究

研制了一种简单实用的实验装置,用于振荡流回热器压降特性的研究。在活塞提供的振荡流作用下,研究了回热器孔隙率、长度、堆叠方式及温差对回热器动态压降的影响。实验结果显示,丝网型回热器的动态压降与回热器的长度及孔隙率几乎呈线性关系,而在相同条件下与丝网的堆叠方式无明显的关联;此外,回热器的动态压降随回热器两端温差的增加而增大,与温差变化方向无明显联系。本文研究的目的是为斯特林回热器的设计提供相关的实验数据。