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。     

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。     

声学共振型行波热声发动机的实验研究

传统的行波热声发动机具有可靠性好、工质环保、潜在效率高等优点,但系统中存在一根体积较大的谐振管,降低了其功率密度及应用价值。本文设计并搭建了一台新型的声学共振型行波热声发动机,将三个相同的热声发动机核心单元连成环路,中间采用细长谐振管连接。实验中,发动机在100℃以下起振,频率约63 Hz,各压力下得到的最高压比均接近1.3,达到了传统行波热声发动机的最高压比。实验表明,新型的声学共振型行波热声发动机不仅具有传统行波热声发动机的优点,而且结构更加紧凑,具有更好的应用价值。     

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。     

新型环路热驱动声功回收型制冷机研究

本文提出一种新型环路热驱动制冷系统,由多个热声发动机串联组成的环路以及并联于发动机单元的脉管制冷机组成。该系统在发动机和制冷机回路均能实现行波转换及声功回收,整机潜在效率高。主要针对三单元环路系统展开理论研究。首先,利用双参数法考察了三个关键声导管对系统性能的影响,并进行了优化设计。接着,进一步对比考察了不同制冷机调相管长度下,系统相位差和声功的沿程分布。最后,与旁路结构进行了性能对比。可以得出,该并联型系统无论在制冷量还是相对卡诺效率方面均有明显提高。     

1kW碟式太阳能行波热声发电系统

碟式太阳能行波热声发电是近年来兴起的新型热发电技术,具有可靠性好、潜在效率高、分布灵活等优点。本文介绍了正在研制的一套1 kW碟式太阳能行波热声发电系统。该系统利用碟式集热器收集太阳辐射热量,通过高温热管将热量传输到发动机热端,再采用行波热声发电机进行热-电转换。初步调试采用高频加热模拟太阳能,以3.5 MPa氦气为工质、加热温度为751℃和798℃时分别实现了116 W和255 W的电功输出。实验验证了系统的可行性。目前系统的安装调试仍在进行中,相关的实验结果将在后续的文章中进行报道。     

高效室温行波热声制冷的研究 第一部分 方案及热力分析

文中对简化的热声网络法、T型传输线网络法以及传输矩阵法进行了比较讨论。采用简化的热声网络法对几种可能的制冷流程进行了分析 ,并确定出了可能高效工作的制冷方案。最后基于传输矩阵法对一种行波热声制冷机进行了分析和热力设计 ,得到该制冷机较优的结构参数。当制冷温度为 - 2 3℃时 ,其 COP可达 2 .86 ,相对卡诺热效率为 5 7%。     

带阻性管的环路行波热声发动机性能研究

高效的行波热声发动机要求回热器处在接近行波和高声阻抗的声场。为此,本文拟采用阻性管进行调相,设计了一台单级环路行波热声发动机,分别以He,N2和CO2为工质,对该热声发动机的起振特性和稳态运行工况进行了系统的实验研究。结果表明,安装阻性管后,单级环路行波热声发动机的起振温度可以被降低300℃以上,最低起振温度仅为55C(工质为CO2,平均压力为2.35 MPa)。此外,系统可以在200℃以下的加热温度达到比较可观的压比。可见,阻性管可以作为环路行波热声发动机的一种有效调相方式,本文所提出的热声发动机系统具有利用低品位热源驱动的潜力。     

热声发动机的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟。计算模型具有与实验系统相同的几何结构、尺寸和运行工况。对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯特林发动机的模拟。计算结果成功观测到了非线性的自激振荡演化过程,捕捉到了两种发动机的不同非线性现象。计算结果分别给出了两种热声发动机内部的声场分布特性和复杂流场。计算结果与实验结果的对比验证了CFD方法对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机模拟的有效性。     

声学双作用型行波热声发动机的损失分析

本文根据经典热声学理论,对声学双作用型行波热声发动机系统进行了全面的损失分析。系统产生的损失可以分为内部不可逆损失与外部不可逆损失,其中内部损失可区分为:轴向漏热损失,流体黏性损失,不可逆传热损失与流动传热耦合损失。本文对一台效率为55.7%的声学双作用型行波热声发动机进行了具体的媚损失分析,结果显示,回热器与谐振管是产生损失最多的部件。谐振管中的损失主要是流动损失,而回热器中的流动损失则相对较少。     

基于模型和神经网络的绝热毛细管快速仿真方法

为简化毛细管模型,采用分相集中参数方法,将平均比容的权重因子作为两相区简化的特征参数,用人工神经网络方法建立特征参数与其影响参数之间的非线性映射。神经网络的学习样本采用工质Ｒ１２,检验样本包括Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ和Ｒ６００ａ等多种工质。在常用制冷空调工况范围内,该简化模型与分布参数模型相比,平均偏差０３％,计算速度提高１个数量级。     

Maximum power output of a class of irreversible non-regeneration heat engines with a non-uniform working fluid and linear phenomenological heat transfer law

Maximum power output of a class of irreversible non-regeneration heat engines with non-uniform working fluid, in which heat transfers between the working fluid and the heat reservoirs obey the linear phenomenological heat transfer law [q ∝ Δ(T ⁻¹)], are studied in this paper. Optimal control theory is used to determine the upper bounds of power of the heat engine for the lumped-parameter model and the distributed-parameter model, respectively. The results show that the maximum power output of the heat engine in the distributed-parameter model is less than or equal to that in the lumped-parameter model, which could provide more realistic guidelines for real heat engines. Analytical solutions of the maximum power output are obtained for the irreversible heat engines working between constant temperature reservoirs. For the irreversible heat engine operating between variable temperature reservoirs, a numerical example for the lumped-parameter model is provided by numerical calculation. The effects of changes of reservoir’s temperature on the maximum power of the heat engine are analyzed. The obtained results are, in addition, compared with those obtained with Newtonian heat transfer law [q ∝ Δ(T)].     

结合人工神经网络的翅片管式冷凝器快速仿真模型

为了提高翅片管式冷凝器仿真精度和计算速度，提出了含基本数学模型与两个神经网络的复合冷凝器模型．基本数学模型采用分区集中参数模型，简化用神经网络用以反映分区集中参数模型与分布参数模型间的非线性关系，精度改进用神经网络通过分析比较模型与实验值的差别，提高复合模型的精度．实际应用表明，复合模型的计算速度比分布参数     

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.     

Wave propagation in a duct with a periodic Helmholtz resonators array

Helmholtz resonator is often used to reduce noise in a narrow frequency range. To obtain a broader noise attenuation band, combing several resonators is a possible way. This paper presents a theoretical study of sound propagation in a one-dimensional duct with identical side-branch resonators mounted periodically. The analysis of each resonator was based on a distributed-parameter model that considered multi-dimensional wave propagation in its neck-cavity interface. This model provided a more accurate prediction of the resonant frequency of the resonator than traditional lumped-parameter model. Bloch wave theory and the transfer matrix method were used to investigate wave propagation in these spatially periodic resonators. The results predicted by the theory fit well with the computer simulation using a three-dimensional finite element method and the experimental results. This study indicates that the wave coupling in this periodic system results in the dispersion of the frequency band into the stop and the pass bands. The long-term significance is that periodic resonators may more effectively control noise in ducts by broadening the bandwidth they attenuate and increasing the magnitude of sound attenuation.     

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.     

A passive network model for large diameter thermoacoustic tube systems and its experimental verification

Linear thermoacoustic theory is currently well accepted for simulating thermoacoustic systems, and correction is used to reduce the discrepancy between calculations and experimental results for turbulent flow. In order to calculate passive tube systems and make linear thermoacoustic theory coincide closely with experiments, a passive network model based on fluid network theory is derived. An amendment method is proposed to further correct for turbulence by amending thermal and viscous penetration depths when the ratio of the tube radius to the viscous penetration depth R/δ_v is large. The experiments have been done to verify the model in the acoustic amplifier, Helmholtz resonator, and inertance tube. In addition, the mechanisms of such tubes are further analyzed based on the model.     

热声网络的辛对称特征

将辛数学引入热声系统网络模型的处理,通过对热声系统网络传输矩阵的分析,证明系统中等温流体管道内工质运动的传输矩阵为辛矩阵.存在温度梯度的热声回热器中气体工质微团的传输矩阵不是辛矩阵,但是可以通过变量代换将传输矩阵转换为辛矩阵,使整个热声系统网络传输都可用辛矩阵传输来表示.辛对称的形式有助于热声系统网络模型的分析与计算. 关键词： 辛 热声 网络模型 传输矩阵     

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。