热声制冷的研究现状

本在介绍热声制冷各研究方向的基础上，对其发展现状进行了详细的综述，并对今后的发展进行了展望。  

压电声源驱动的微型热声制冷

有别于传统电动扬声器驱动的热声制冷系统,将以更高频的PZT换能器为驱动源达到谐振系统结构缩减的目的。考虑到热声制冷系统影响因素繁多,在对系统进行性能模拟分析的基础上提出优化设计方案,并建立PZT驱动的热声制冷系统开展实验研究。最后还为下一步工作提出改进思路。  

谐振管谐振频率计算方法的研究

为了准确地计算声谐振管的谐振频率,提出了基于对管内声压分布进行理论模拟的声压模拟法,以及基于驻波最小点位置与管两端声阻抗关系的驻波最小点法。结果表明这两种方法因为考虑了声谐振管两端的声阻对谐振频率的影响,所得谐振频率更加精确、严格,所以特别适用于要求谐振管的谐振频率严格控制的声学领域。同时表明:声压模拟法与驻波最小点法虽然出发点不同,但谐振频率的计算结果完全相同。驻波最小点法计算比较方便,而声压模拟法在计算出谐振频率的同时,还可以给出管中的声压随位置的分布情况。  

行波型热声驱动器的实验研究

热声驱动器是利用热声效应把热能转化为声能的动力装置,因其不含运动部件,具有结构简单和运行可靠等优点而倍受关注。本文研究的新型行波型热声驱动器在效率方面比驻波型热声驱动器有很大的提高。在简要回顾行波型热声驱动器的发展历史之后,详细介绍了一实验系统的结构和设计情况,并在研制成的实验装置上开展了初步的实验研究,成功获得了热声振荡,以氦气和氮气为工质,得到频率分别为66Hz和23Hz的压力振荡。此外,还考察了压力振幅受加热功率和加热温度的影响,以及安装喷射泵前后的对比实验情况。  

压力对热声驱动脉管制冷机性能的影响

讨论了充气压力对热声压缩机的起振温度等性能的影响 ,着重研究了工作压力对热声驱动脉管制冷机性能的影响。对自行研制的驻波型热声驱动脉管制冷机进行了改进和优化 ,在最近的实验中取得了 1 2 0 K的无负荷最低制冷温度 ,达到液化天然气温区。  

氦-3热力学状态方程框架

本文构建了低温流体3He状态方程的总体研究框架,它以温度和密度为独立变量,采用Helmholtz能形式表述 3He的热力性质依赖关系。在此基础上,推导了基于Helmholtz能形式基本状态方程的各热力学性质表达式。  

4K双小孔型二级脉管制冷机研究

介绍了含有新颖的第二小孔调相器的二级脉管制冷机的基本结构，采用有阀压机驱动，通过计算机对自行研制的时序控制器进行实时控制，应用磁性蓄冷材料作为第二级蓄冷器填料，目前的实验结果为，第一级和第二级的最低制冷温度分别为４７Ｋ和３．１Ｋ，着重讨论了第二小孔在４Ｋ二级脉管制冷机中的排热调相作用．  

液体工质对气液热声发动机性能影响的实验研究

采用气液耦合振动是降低热声发动机谐振频率和提升其压力振幅的一种有效途径。为了研究液体工质对于气液热声发动机性能的影响,本文针对水、室温离子液体[EMIM][BF₄]、20%氯化钾溶液、40%和50%甲酸钾溶液五种液体工质进行了实验研究和分析。实验数据显示,在相同加热功率下,采用50%甲酸钾溶液时系统谐振频率最低,而水工质对应的谐振频率最高;40%甲酸钾溶液的压力振幅最大,而采用离子液体[EMIM][BF4]时系统压力振幅最小。研究结果表明:采用密度较大的液体工质可获得较低的谐振频率,而密度大、黏度小的液体工质则有利于获得更大的压力振幅。  

磁性蓄冷材料Er_3Ni的吸氢量研究

磁性蓄冷材料Fr_3Ni在液氦温区的回热式低温制冷机中已经被广泛应用,在以He-H_2混合气体为工质的脉管制冷实验中发现Er_3Ni与H_2会发生反应,其产物在一定程度上提高了制冷机的性能。本文基于金属储氢过程的理论框架,分析了Er_3Ni吸氢的机理,并推算了Er_3Ni的理论吸氢量。对Er_3Ni在室温条件下的吸氢量进行了实验测量,结果显示Er_3Ni经活化后能与H_2充分反应,并生成氢化物Er_3NiH_8,与理论推算结果非常吻合。  

气体工质对气液热声发动机性能的影响

本文针对一台气液耦合振动热声发动机,以1.5kg的水作为液柱,以氮气、氦气、氩气和二氧化碳分别作为气体工质,在2.0 MPa平均工作压力下,实验对比了不同气体工质对谐振频率、压力振幅和板叠热端温度等系统性能参数的影响。实验结果表明,在相同加热功率下,采用氩气的系统获得的压力振幅最大;而在相同板叠热端温度下,以二氧化碳为气体工质能够获得最大的压力振幅。