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。     

热声热机起振过程中回热器内气体的温度分布

文中研究了驻波型热声发动机回热器内的气体,研究时段为从加热到起振前的过程,对气体在此时段内建立数学模型并加以分析。通过求解该模型,得出了回热器内不同时间和位置点的温度变化,其计算结果与实验数据相吻合。最后对模型简化导致的误差进行了分析修正。     

脉管制冷机层叠丝网填充回热器导热特性数值分析及优化

回热器为回热式低温制冷装置的关键部件,其性能直接影响到整机性能。对层叠丝网回热器的轴向导热损失进行了理论分析和数学建模,采用单一及不同目数金属丝网混填了单级脉管回热器,基于80K,50Hz的工况下,理论分析了不同目数层叠丝网混合填充时,配比组合参数对回热器轴向导热损失的影响。结果显示:层叠丝网所引起的轴向导热损失为回热器轴向导热损失的主要形式。研究表明,恰当的混填形式可以提高回热器性能。在此基础上提出了层叠丝网回热器填充配比优化方法。     

行波热声发动机容腔管和反馈管的调相作用研究

带环形圈的热声发动机是一种新型的行波型热声发动机,由于能够在环形圈内回热器附近调制出行波相位,因此具有比驻波发动机更高的效率。环形圈的反馈管和180度弯管分别在系统中起着感和容的作用,在相位的调制过程中它们起着至关重要的作用,尤其是对于感的作用比较强的小型系统,它们的作用更加突出。该文通过计算,分析了小型行波热声系统中感和容对于回热器入口处和回热器中心位置处的压力波动和体积流率相位的调制作用,以及这种调制作用对于效率,压力波动的幅值的影响。     

基于场协同理论的热声回热器数值研究

热声回热器是热声热机的重要部件。基于Rayleigh准则,提出回热器内流固之间的对流换热强度是影响热声热机整体性能的重要因素。利用改进的数值模型,模拟了平行板叠内回热器的速度与温度分布特性,并分析了板叠内部对流换热及整机性能之间的对应关系。此外,基于强化对流传热的场协同理论,提出了4种新型结构的异型回热器,并分别对其换热性能与热声转换性能进行了对比分析研究:表明采用混合型回热器的热声热机具有更优越的工作性能,输出声功的压力振幅较普通结构回热器可提高2.8%。研究结果验证了热声回热器内部对流换热强度与热声热机性能呈正相关性,通过改良回热器结构可有效提高热声热机的热声转换性能。     

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.     

斯特林发动机中回热器性能分析

一、前言 斯特林回热器同一般贮能式回热器相比有如下特征:(1)冷、热吹风周期与流体质点通过回热器所需时间同量级,因此切换过程中残留气体对换热影响很大;(2)冷、热流体的人口参数远非定常,压力、温度、质量流量等参数随时间周期变化;(3)斯特林回热器中流体状态不仅取决于回热器本身,还受发动机工质压缩、膨胀的影响。文献[1、2、3]主要考虑了压力、质量流量的变化,用边界条件反映发动机对回热器的影响,没有考虑切换过程和压缩、膨胀的影响。本文在充分考虑了上述三个特点的基础上建立了回热器模型,并提出用α_0、β_0、γ_0三个无量纲数来反映发动机对回热器的影响。     

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。     

液氦温区回热器高频损失特性研究

回热器是回热式低温制冷机的核心部件,如何有效地减小回热器中的损失是提高脉管制冷机性能的关键。在不同的温区以及不同工况下,回热器中的主导损失是不一样的。随着温度的不断下降(尤其是20 K温区以下),实际气体损失所占的比例越来越大。本文基于回热器数值模拟程序REGEN3.3着重研究了液氨温区回热器在高频下的各种损失特性,并指出了减小各种损失的方向。基于一台带预冷的4 K斯特林型脉管制冷机,开展了液氨温区高频脉管制冷机回热特性的实验研究。     

基于分析J-T节流制冷器局部优化设计

本文针对Hampson型J-T节流制冷器提出了肋片非等距双螺旋回热器结构,并建立相应的数理模型,从局部参数优化角度对回热器性能进行研究。在分析新型回热器损失空间分布特点的基础上,通过采用合理的非等螺距的肋片布置形式,来减少回热器的总损失和提高回热性能。本文构建了新型双螺旋回热器的BBD实验表,并数值求解和分析了各种非等间距回热器的损失与换热量分布特性。结果表明:采用合适的非等间距双螺旋回热器可以在减少材料消耗的基础上,调整高低温区域的换热负荷占比和改进损失空间分布,进一步减小总损失和提高换热量。最后验证了新型双螺旋换热器结构的合理性与有效性,为J-T节流制冷器双螺旋型换热器的优化设计和性能提升提供了新的思路。     

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.     

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     

热声发动机的优化计算设计

把改进的12-Bit格子气模型用于复杂边界的热声发动机的模拟研究,成功模拟了带共振腔的驻波管中热声振荡演化过程。对热声板叠的长度、热声板叠在共振管中的位置以及共振腔的几何大小对热声振荡振幅的影响进行了数值计算。计算结果显示,当共振腔与细管的宽度比为2.2,板叠位置相对于细管长为0.34时,驻波管中热声振荡振幅达到最大。共振腔尺寸的研究,对于热声发动机性能的的优化设计有指导意义。     

Energy flow measurements in acoustic waves in a duct

Where, how much and how efficiently the energy conversion takes place in a regenerator of a thermoacoustic engine are expressed using the axial distribution of acoustic work flow and heat flow. As a first step in determining the energy flows inside the regenerator, measuring methods of the work flow are briefly described and the experimental results in an acoustic resonator are shown. Applicability of these methods to the regenerator is discussed.     

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。     

Synthetical optimization of the structure dimension for the thermoacoustic regenerator

The quantitative investigation of parameters in the renegerator is essential for the optimization of thermoacoustic devices, while the majority of the previous research only considered parameters of the working field, working gas and the hydraulic radius. Based on the linear thermoacoustic theory, this paper extracts a normalized parameter for low-amplitude conditions, which is called the regenerator operation factor. By extracting the regenerator operation factor and relative hydraulic radius, the influence of frequency on the efficiency can be controlled and offset. It can be found that thermoacoustic devices with different frequencies can perform the same efficiency by adjusting the radius in proportion to the axial length. Finally, this paper synthetically optimizes the dimension of the thermoacoustic regenerator by taking the regenerator operation factor, relative hydraulic radius and acoustic field parameter as variables. Conclusions in this paper are of great significance for explaining the best working conditions of engines and directing the miniaturization and optimal design of thermoacoustic devices.     

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。     

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。