行波和驻波模式下热声振荡的临界温度梯度

热声机械作为一种能量转化装置。其效率于传统发动机还有较大差距。本文讨论了热声发动机在驻波和行波两种不同工作状态下,其声功率产生的临界温度梯度与流道尺寸和工作介质的关系,得出了两种模式下最佳的工作条件。结果表明;采用行波形式的热声发动机结构,可以有效降低临界温度梯度,提高热致声的效率,同时可以利用一些低品位来做为热声发动机的高温端。     

行波型热声热机的研究进展

Ceperley首先提出了行波型热声热机的概念 ,此后许多研究者对此类型的热机进行了理论及实验研究。文中对行波型热声热机的发展历史、研究现状及应用前景进行了简要介绍     

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.     

热驱动室温行波热声制冷机的实验研究

本文报道了热声驱动的室温行波热声制冷机的实验研究。以氦气为工质研究了平均充气压力、工作频率等参数对制冷性能的影响。实验达到的最好结果为:最低温度为-47℃,在-20℃的制冷量为80W,按输入制冷机的P-V功计算,相应的制冷系数COP达到1.6左右。     

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。     

行波热声发动机声功输出特性研究

行波热声发动机具有效率高、可靠性好及环保等优点.本文分别以氮气和氦气为工质研究了行波热声发动机的声功输出特性.在平均压力为3.0MPa,输入功率为3000W时,氮气为工质获得最大492.3W输出声功,氦气为工质获得最大691.3W的声功.此外还针对两种不同锥度的锥形谐振管发动机的声功输出特性进行了对比研究.研究表明:设计合理的谐振管一方面能够有效降低加热温度,有利于利用低品位热源;另一方面还能有效地降低损失,在相同的加热量下具有更高的压比、更大的输出声功及效率.     

高效室温行波热声制冷机的研究(第二部分:电声压缩机驱动的行波热声制冷机的实验研究)

热声制冷机是利用热声效应将声能转化为热能的新型制冷装置 ,以其环保性及高可靠性等优点吸引着起来越多的科研者。该文研究对象为电声压缩机驱动的室温行波热声制冷机。首先介绍了制冷机的工作原理、设计及加工 ;实验系统建立后 ,改装曲柄 -连杆活塞压缩机 ,使之提供变频的波动压力作为该制冷机的驱动源。初步实验在充气压力 2 .0 MPa、氦气为工质的工况下 ,获得 2 6 4 K的制冷温度     

基于行波声场的热声斯特林混合型热机

文中介绍了一种新型的、工作于行波声场的热声斯特林混合型热机.考虑到振荡圈内两种形式的声流-Gedeon流和Raileigh流,解释了它们出现的原因及从结构上消除它们的方法.为了产生行波声场和形成高声阻抗,从热声网络的观点建立了系统的简化模型.提出了进一步研究的方向及思路.     

双行波热声制冷机耦合方式研究

双行波热声制冷机因为其内禀的高效率、热驱动及无运动部件的优点,非常有潜力成为常规制冷方式的一种替代技术。为了详细地研究它的工作特点,我们发展了一套较完整的热声模拟程序,可以准确地预测系统工作频率,在一定的误差范围内给出系统的热力性能,并对系统起振的难易程度进行有效的判断。借助于此套程序,我们对行波发动机驱动的行波制冷机进行了数值模拟,主要是对它们之间两种不同的耦合方式(旁通耦合和末端耦合)进行了对比,初步实验结果显示了程序的有效性。     

Theoretical and experimental investigation of onset characteristics of standing-wave thermoacoustic engines based on thermodynamic analysis

A simplified physical model for calculating the onset temperature ratio and the frequency of a standing wave thermoacoustic engine (SWTE) in the time domain is built based on thermodynamic analysis. Coefficients of transient pressure drop and heat transfer are first deduced from linear thermoacoustic theory. By numerical computation, the evolutions of the pressure amplitude and the spectrum characteristics during the onset process are presented. Furthermore, the effects of stack spacing, charge pressure, and resonator length on the onset temperature ratio and the frequency are calculated. Relatively good agreement between the computational and the experimental results has been achieved, which validates the model for calculating the onset characteristics.     

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     

Compact standing wave thermoacoustic generator for power conversion applications

In the past decade, a variety of thermoacoustic engines (TAEs) were devised to convert thermal energy to acoustic power. In this paper, we optimized the design of a standing wave thermoacoustic generator that can provide high intensity acoustic pressure and convert it into electrical power output using a low cost alternator. Three prototypes of standing wave thermoacoustic generator (TAG) were designed to optimize the overall efficiency. The first prototype of standing wave TAG could produce an acoustic pressure of 0.9 kPa (153 dB) with an input thermal power of 210 W. Further, the maximum heat to electrical conversion efficiency was 0.045% with an input thermal power of 250 W. However, the performance of this system was not fully optimized. The performance of TAE depends upon various parameters including stack position, stack length and resonator length. Hence, a new second prototype of tunable TAG was developed to tune these critical parameters in order to improve the overall efficiency. A compact third prototype of TAG was successfully built with optimized parameters and has been tested. In the improved design, high intensity acoustic pressure of 2.9 kPa (163.5 dB) was observed for the same 210 W input thermal power. The maximum heat to electrical energy conversion efficiency was 0.084% with an input of 250 W which is 87% higher as compared to the first prototype. The major reason for the lower conversion efficiency is due to the low efficiency of the alternator. In future, high efficiency alternator designs can be employed along with careful impedance matching to obtain higher conversion efficiencies. The results described in this paper demonstrate the potential of developing compact portable acoustic power and electricity generators for decentralized power applications.     

电动声源热声致冷机声学和计算实例

我们将各种热声致机简化为一包括声学终端在内的声管道系统，并通过实例讨论了致冷机的声学特性，该管道系统与一般声管道不同：１．在热声堆中热波和粘滞波不可不计。２．在热声堆与声管连接时，必需考虑合成波的体积流；而热声堆内只需考虑传播波的体积流。本文对此提出了阻抗连接条件的修正。实例使用电动扬声器为声源，给出了热声行波和驻波致冷的声学计算方法以及它们的声学特性，所用扬声器的标称伏安为１００ＶＡ，可为热声致     

新型热声发动机(制冷机)的研究与探索

文中通过分析热声系统的边界条件 ,以及热声系统中工质的声速对整个系统共振频率的影响 ,提出了两套降低系统共振频率 ,减小系统尺寸的方案 ,从而就理论上解决了这一热声领域的难题 ,为热声机的小型化、实用化提供了坚实的理论基础。该理论的计算结果与现有的实验结果相当吻合。     

低温制冷机和热声机中直流问题的研究

脉管制冷机中的直流流动和热声机械中的直流流动都是当前研究领域的热点问题 ,消除或积极利用直流流动是提高脉管制冷性能和热声机械效率的有效途径之一。文中介绍了几种主要的直流类型 ,并从实验和理论两方面揭示了直流现象产生的原因及其抑制、消除或积极利用的方法。     

行波谐振环和陶瓷窗高功率老炼

 为了老炼国家同步辐射实验室200 MeV直线加速器新陶瓷窗,制作了一个功率增益4.5,最高峰值功率60 MW的波导行波谐振环。对谐振环的工作原理和技术参数进行了简单介绍。对陶瓷窗功率老炼的步骤和应注意的技术细节进行了较详细的分析,提出了克服电子倍增效应的一些方法。陶瓷窗老炼峰值功率为30 MW,平均功率3.7 kW,脉冲长度2.5μs。     

Standing wave brass-PZT square tubular ultrasonic motor

This paper reports a standing wave brass-PZT tubular ultrasonic motor. The motor is composed of a brass square tube with two teeth on each tube end. Four PZT plates are attached to the outside walls of the brass tube. The motor requires only one driving signal to excite vibration in a single bending mode to generate reciprocating diagonal trajectories of teeth on the brass tube ends, which drive the motor to rotate. Bi-directional rotation is achieved by exciting different pairs of PZT plates to switch the bending vibration direction. Through using the brass-PZT tube structure, the motor can take high magnitude vibration to achieve a high output power in comparison to PZT tube based ultrasonic motors. Prototypes are fabricated and tested. The dimension of the brass-PZT tube is 3.975 mm × 3.975 mm × 16 mm. Measured performance is a no-load speed of >1000 RPM, a stall torque of 370 μNm and a maximum output power of 16 mW when a sinusoidal driving voltage of 50 V is applied. The working frequencies of the motor are 46,050 Hz (clockwise) and 46,200 Hz (counter-clockwise).     

回热器的热声直流模型及其应用研究

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、回热器温度分布及其性能的影响