热声制冷机声场中非线性效应

热声制冷的基本原理是热声效应,但热声效应一般只在高声强下发生,随之将产生强烈的非线性效应.本文在自行研制的热声制冷机试验台上,研究了板叠对声场非线性的影响以及非线性对热声系统性能的影响.结果表明,板叠的存在使得声波明显衰减,压比约减小5%,并且各次谐波的幅值和增长速率较无板叠时均有所降低;非线性效应限制了基波的增长,导致了高次谐波产生,且基波和高次谐波的增长均有发展为饱和的趋势.板叠的存在产生明显的声制冷效果,制冷温度随驱动功率增大先增加后减小.在50 W时达到最低温度5.1℃.     

激光治疗PWS中制冷剂喷射冷却过程的数值模拟

本文采用有限容积法对制冷剂喷射冷却(Cryogen spray cooling,CSC)过程进行了数值分析,研究了皮肤组织温度场随时间、空间的分布规律,初步分析了喷射过程中可能发生的冷损伤.探讨了不同喷嘴距离对于喷射换热过程的影响.结果表明:本文的模拟结果定性符合文献中的试验结果;由于制冷剂喷射不均匀性带来的冷保护不足问题可以通过适当延长冷却时间(如大于80 ms)加以避免;低温制冷剂带来的冷损伤仅局限于浅表皮层,不会对人体造成伤害;喷射距离对于整个换热过程的影响非常有限,可以较为自由地布置喷嘴位置.     

微型同轴脉管制冷机最低制冷温度影响因素的实验研究

本文对微型同轴脉管制冷机最低制冷温度的影响因素进行了实验研究。试验结果表明:在其他运行参数不变的情况下,随着氢浓度的逐渐减少,最低制冷温度也逐渐降低,当氢的摩尔浓度小于20％时,其最低制冷温度和纯氦相差不大。不同的氢氦配比下,该脉管制冷机的最佳运转频率为16.7 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。     

脉管制冷机内流场与温度场的时空特性

为了进一步探究脉管制冷机内部流场与温度场的复杂时空特性,采用数值模拟方法,详细研究和分析了基本型、小孔型和双向进气型脉管制冷机的关键部件—回热器和脉管组件内流场与温度场的时空变化持性,得到了相应的时空分布图,有助于直观地理解回热器与脉管组件内热力参数的动态变化情况。与此同时,通过分析小孔阀和双向进气阀对脉管冷热端温度波动的影响规律,进一步指出:小孔阀和双向进气阀均会导致脉管冷热端的温度波动,且小孔阀造成的温度波动幅度要大于双向进气结构,因此,小孔阀是导致脉管冷热端温度不规则变化的主要因素。     

应用于超低温区二元复叠制冷系统热力学性能分析

本文以超低温区的R290/R170复叠制冷系统为对象,利用Aspen Hysys建立其理论模型,通过改变系统的各运行工况研究得出系统的COP、质量流量比m_L/m_H、低温级压缩机排气温度等参数的变化规律。结果表明：系统COP、质量流量比随低温级蒸发温度、冷凝器出口工质过冷度的升高而升高,随高温级冷凝温度、低温级工质过冷度、复叠温差的升高而降低。在满足超低温要求的前提下,复叠温差对系统性能的影响最为显著。     

混合工质热声发动机热力特性的试验研究

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热力特性进行了详细的试验研究.试验结果表明:采用混合工质可以有效地提高热声发动机的热力性能,当氦氩配比为4:1时,系统压比较纯质提高50%以上;另外,采用混合工质可以明显地降低系统的起振温度与消振温度,当氦氩配比在30%～50%之间时,起振温度和消振温度平均较纯质降低50℃和40℃左右,尤其是较低的起振温度意味着可直接利用低品位热量作为驱动热源,从而扩宽了热声发动机的适用范围.     

小孔型脉管制冷机的二维数值研究

本文建立了小孔型脉管制冷机的物理和数学模型,开发了描述小孔型脉管制冷机内二维可压缩交变流动与传热耦合计算的模拟程序,并对制冷机内的流场和温度场特性及其他一些重要的热力参数进行了详细的分析.通过对小孔型脉管制冷机的数值分析,直观地刻画了脉管制冷机内的工作过程和复杂流动现象,如二次质量流动和速度环形效应等.另外还得到了最佳小孔阀半径,对所研究的小孔型脉管制冷机,最佳小孔阀半径约为0.3 mm,当小孔阀开度为此最佳值时,制冷机的制冷量最大.     

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.     

太阳能热声发动机的设计与性能仿真

太阳能聚焦集热器与热声发动机的结合能够成为一种新型的具有广阔应用前景的动力系统,本文建设完成了太阳能驱动热声发动机并对热声发动机性能进行了仿真研究.基于Simulink开发了双轴自动跟踪太阳能集热器的性能仿真程序,并基于自行测量的太阳辐射数据对聚焦式太阳能集热器的热力性能进行了仿真计算.利用太阳能集热器仿真程序的计算结果与热声仿真程序Deltae进行耦合计算,对已经建设完成的太阳能热声发动机的热力性能进行了仿真模拟.仿真结果对于后续实验工作提供了参考依据.     

交变流动下丝网回热器中压降特性的数值分析

本文建立了低温制冷机回热器的多孔介质模型,推导出丝网型多孔介质中渗透率和惯性项系数的表达式,该式考虑了回热器的结构尺寸、交变流动及频率、大温差等的影响.在此基础上,通过数值方法研究了交变流动中不同工作频率下的回热器的压降特性,结果表明,回热器两端压降幅值与系统工作频率基本成线性关系;回热器中大温差引起的气体物性变化在交变流动阻力计算中不容忽视,考虑温差影响时计算的压降幅值与实验符合较好,而忽略温差影响时最大偏差达20%以上.