热声发动机系统稳定性分析

热声发动机系统的自激振荡起振过程是在远离平衡态条件下发生的自组织过程,是决定热声发动机能够正常运行的关键过程。本文根据非平衡态热力学,针对起振过程开展热声系统热力学稳定性研究。将Glansdorff-Prigogine稳定性判据引入到热声系统稳定性分析中,借助CFD软件,分析了两种定态的稳定性,两种定态分别对应了温度梯度小于和大于临界温度梯度的情况。验证了非平衡态热力学稳定性分析在热声发动机自激振荡起振现象研究中的可行性。     

燃气和电驱动热声发动机的对比研究

热声发动机利用热声效应把热能高效转化为声功,系统中不存在任何机械运动部件,应用前景光明.热声发动机的一个突出优点是直接采用热能驱动,可以提高低温位热能的品位.在原有电驱动热声发动机的基础上,制作了一台燃气驱动行波热声发动机,以氮气为工质,充气压力为1.2 MPa时,获得了1.34的最大压比.对电驱动和燃气驱动两种加热方式作了对比研究,得到了燃气驱动条件下热声发动机的起振状态、加热功率和直流抑制的规律.     

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。     

行波热声发动机驱动制冷机的匹配研究

本文使用RC负载法首先在不同压比下对发动机的输出声功与负载之间的匹配关系进行了深入研究,研究表明发动机存在高效区和效率低下区.针对行波热声制冷机的阻抗进行了分析,发现由于制冷机阻抗处于发动机的效率低下区,使得发动机输出效率很低,从而导致整机效率低下,其中在发动机和制冷机之间的1m长连接管起到了调节负载阻抗和放大声压的作用,但其调节作用有限.     

40K温区的热驱动低温热声制冷机

热声驱动脉管制冷机主要由热声发动机和脉管制冷机组成,是一种完全无运动部件的新型低温制冷机。本文在实验室现有行波热声发动机的基础上,运用线性热声理论对两级脉管制冷机进行了设计,并用声学放大器对热声发动机和脉管制冷机进行耦合,提高脉管制冷机的驱动压比,从而获得了41 K的低温,这是目前热声驱动脉管制冷机所获得的最低制冷温度。正因为本热声驱动脉管制冷机系统的热驱动特性及其主要部件都是按照热声理论进行设计,所以我们将其称为热驱动低温热声制冷机。     

热声发动机用加热器的设计与实验验证

热声发动机利用热声效应将热能转换为机械能,热能由核心部件加热器提供。加热器在热声发动机的能量传递和转化过程中起着举足轻重的作用。针对热声发动机的工作特点,介绍了一种采用时均流对流换热公式进行热声发动机用加热器设计的方法。基于该方法,设计了一种新型热声发动机用电加热器,并应用于自行研制的太型多功能行波热声发动机试验台。设计计算和实验结果表明,该加热器能够充分满足热声发动机的加热要求。本文对以振荡流体为特征的换热器设计具有一定参考价值。     

燃气驱动热声发动机中加热器的设计与实验验证

加热器在热声发动机的能量传递和转化过程中起着重要作用,是热声发动机的核心部件之一。目前热声发动机大多采用电能驱动,采用燃气直接燃烧驱动将对热声发动机的实用化具有积极促进意义。根据热声发动机的工作特点,以时均流对流换热公式为依据,设计了一种新型燃气燃烧驱动加热器,并应用于现有的混合型热声发动机实验台上,取得了较好的实验结果。     

可用于热声发动机的加热方式

加热装置在热声发动机中起着举足轻重的作用。文中首先介绍了目前热声发动机已经采用的几种加热方式并给出了应用范例 ,同时还对其它可能的加热方式及其工作原理作了简要介绍 ,具有一定的参考价值     

让热声引擎像内燃机一样高效

内燃机是一种高效的热机．在小轿车中,这类发动机的效率（即输出功与燃料释放的热能之比）已经达到了２５％—４０％的高水平．内燃机通常以四冲程（吸气、压缩、爆胀和排气）方式工作．它的循环需有阀门系统（包括曲轴、弹簧、推杆和突轮等）支撑．热声引擎是将热能转换成声能的热机,它的结构比内燃机简单得多．过去,热声引擎的效率较低．最近,美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室的Ｂａｃｋｈａｕｓ等,对其结构作出了实质性的改进,从而使发声效率提高到了３０％．在热声引擎中,除了声振荡输出器外,没有任何运动部件,也没有滑动密封（这…     

回热器功产生的临界温度梯度研究

热声机械作为一种能量转化装置，能够不通过运动部件将热量转变成压力波输出，实现这一功能的关键部件就是回热器，本文讨论了丝网型回热器能在纯行波状态下起振的临界温度梯度与结构参数及运行参数的关系。     

Observation of traveling thermoacoustic shock waves (L)

Shock waves were explored in the thermoacoustic spontaneous gas oscillations occurring in a gas column with a steep temperature gradient. The results show that a periodic shock occurs in the traveling wave mode in a looped tube but not in the standing wave mode in a resonator. Measurements of the harmonic components of the acoustic intensity reveal a clear difference between them. The temperature gradient acts as an acoustic energy source for the harmonic components of the shock wave in the traveling wave mode but as an acoustic energy sink of the second harmonic in the standing wave mode.     

同轴型行波热声热机的实验研究

自行设计搭建了国际首台同轴型行波热声热机的实验装置 ,以氮气为工质 ,获得频率为1 3 7Hz的谐振声波。回热器热端温度达到 2 0 0℃左右时 ,热声热机开始起振 ,平均振幅 0 .1 4bar     

高频热声驻波发动机性能的实验研究

热声驻波发动机由于内禀的不可逆性而热效率较低,但其系统结构简单和可靠性高的优点使其仍具有一定的应用前景。目前,对高频驻波系统研究较少,搭建了一台高频热声驻波发动机,研究了板叠和谐振管对系统的重要作用,另外,初步探讨了系统热腔内的温度演化过程和稳定振荡时的温度分布特性,这对高频热声驻波发动机实验和数值研究具有指导意义。     

热声驱动器谐振频率影响因素分析

分析了结构参数、操作参数以及工质等因素对热声驱动器谐振频率的影响 ,并结合驻波型热声驱动器 ,给出了相应的计算结果和实验数据。     

负载对热声发动机性能的影响

热声发动机作为一种完全没有运动部件的能量转化和传输机械具有广阔的应用前景.为了提高热声发动机的驱动性能,本文采用变负载法对热声发动机性能的影响因素进行了实验研究.实验结果表明,负载的阻力和容抗对热声发动机的加热温度、压比和声功引出有重要影响.同时,实验中还发现了能够使热声发动机瞬时消振和起振的实验方法,将极大方便对热声发动机的开关控制.     

改进型驻波热声发动机的实验研究

压比是热声发动机性能的一个重要衡量参数。驻波发动机由于自身热力过程的不可逆性,使得目前所能获得的压比通常都比较低。笔者认为除了发动机各部件的尺寸参数之外,换热器的换热性能也是影响发动机压比的一个重要参数。因此本文对驻波热声发动机的换热器进行了改进设计,增强了加热器与工作介质的换热效果,系统的工作压比有了较大的提高。采用氦气、氮气和二氧化碳作为工质,其压比分别达到了1.15、1.22和1.215。     

热声热机声场的格子气分析

从格子气自动机演化方程恢复了宏观热声方程,采用D2Q9热格子气模型模拟热声热机系统的压力场、温度场和速度场,获得压力驻波的传播和反射过程。模拟结果显示,在所给模拟条件下压力波具有非线性的特征,变截面附近的流场区域会产生引起非线性耗散的涡流。本文也分析了谐振管几何尺寸及格子气粒子密度对系统频率和压力的影响,验证了热声热机格子气模型的有效性。     

关于热声压缩机原理的讨论

回顾了驻波、行波热声机械的发展历史 ,分析了行波与驻波热声压缩机的优缺点。介绍行波驻波混合型热声压缩机的工作原理及结构 ,指出了今后研究的重点和方向。     

行波型热声发动机的分布参数法热力分析

在现有热声网络模型的基础上 ,对行波型热声发动机采用分布参数法进行了详细地分析 ,得到了较为完整的分布参数法网络模型 ,并给出了该模型的定性关系式 ,所得结果与采用集总参数法的结果有很大差异。分析表明 ,分布参数法更适合于一般的系统情况 ,集总参数法仅仅在一定条件下才适用。文中对一个实际系统应用分布参数法进行了分析 ,得到一些结论 ,对于我们设计行波型热声发动机有非常重要的理论指导意义     

Open cycle traveling wave thermoacoustics: mean temperature difference at the regenerator interface

In an open cycle traveling wave thermoacoustic engine, the hot heat exchanger is replaced by a steady flow of hot gas into the regenerator to provide the thermal energy input to the engine. The steady-state operation of such a device requires that a potentially large mean temperature difference exist between the incoming gas and the solid material at the regenerator's hot side, due in part to isentropic gas oscillations in the open space adjacent to the regenerator. The magnitude of this temperature difference will have a significant effect on the efficiencies of these open cycle devices. To help assess the feasibility of such thermoacoustic engines, a numerical model is developed that predicts the dependence of the mean temperature difference upon the important design and operating parameters of the open cycle thermoacoustic engine, including the acoustic pressure, mean mass flow rate, acoustic phase angles, and conductive heat loss. Using this model, it is also shown that the temperature difference at the regenerator interface is approximately proportional to the sum of the acoustic power output and the conductive heat loss at this location.