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。     

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。     

79.7 K驻波型热声驱动脉管制冷机

根据声学原理,把一根大约四分之一波长长度的管子接到一台驻波型热声发动机和一个脉管制冷机之间,能把制冷机入口的压比和压力振幅放大,使脉管制冷机的最低制冷温度降到79.7 K。     

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。     

驻波型热声制冷机的搭建及理论验证

基于驻波特性和换热基本理论设计并搭建了一台驻波型热声制冷样机,并对利用压力声学和线性热声理论分析热声效应的方法分别进行了验证.系列控制变量实验表明,当扬声器的驱动电压为7 V,驱动频率为315 Hz,无量纲化的热声堆位置为0.27时,样机冷端可获得2.16 K的理想降温;且扬声器的驱动电压在测定范围内对制冷量的影响呈现明显的正相关.采用该实验装置的物理参数值,利用DeltaEC程序和线性热声学理论的计算较好地吻合了实验结果,验证了这种分析方法的可行性.     

基于DeltaE的驻波型热声发动机设计方法

在消化和吸收目前普遍接受的热声系统计算软件DeltaE(Design Environment for Low Amplitude Thermoacoustic Engines)的基础上,发展了驻波型热声发动机的结构设计方法;提出引入双参数评估法对发动机性能进行评估,以获取较高的热声转化效率。     

串级热声发动机的机理分析及数值模拟

简要综述了热声发动机的发展历程,把三种典型的发动机形式作了比较分析,在此基础上,对国际上最近提出的串级型发动机进行了定性讨论,并结合一定的几何结构,运用线性热声理论对该类型热声机进行了数值模拟。     

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。     

驻波型热声制冷机熵产分析

声制冷机是一种新型制冷机,具有无机械运动部件,可靠性高寿命长,采用惰性气体为工质无污染等优点．驻波型热声制冷机的声功泵热效应是不可逆过程,内部不可逆损失导致热声制冷机效率偏低,制约了热声制冷机的发展和应用．本文研究了线性范围内驻波型制冷机换热器和回热器内的可压缩振荡流动与传热过程的熵产,分析了板间距,振荡频率和温度梯度对熵产的影响。     

氦-氩混合工质热声发动机的频率特性

为提高热声发动机的热力性能,采用氦-氩混合工质对一台驻波型热声发动机进行了无负荷工况的试验研究.氦氩配比为0:1,0.2:0.8,0.4:0.6,0.6:0.4,0.8:0.2和1:0 6种情况,充填压力为0.7,0.9,1.1,1.3 MPa和1.5 MPa 5种情况.试验结果表明,随着混合工质中Ar含量的增加,系统谐振频率会从140 Hz降低到44 Hz.同时,加热端温度对谐振频率的影响减小,而大振幅下的二次频成分出现的规律及强度与工质配比关系不大.在氦气中加入20%的氩能够得到最好的系统性能,系统的振幅和压比较纯氦分别能够提升19%和15%.     

热声热机中的能量模拟与分析

文中主要对回热器中的能流及其能流分量进行了模拟 ,并在此基础上分析了能流及其分量对热声热机的影响 ,为更深地理解热声热机中所发生的能量转换现象 ,更好地设计热声热机提供有价值的依据和参考。     

行波型热声发动机起振温差的研究

热声机械作为一种新型的能量转化装置 ,讨论其起振温差对于利用低品位能源具有非常重要的意义。文中讨论了行波型热声发动机起振温差的计算方法 ,得到了回热器结构、工作介质、丝网、频率等对起振温差的影响规律     

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。     

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     

热驱动谐振管回热器的时变数学模型

从自激振荡的稳定性入手,分别讨论了热声网络的周期时均和时变数学模型.用参数谐振理论讨论了热声自激振荡系统中回热器的参数储能实质.时变数学模型的建立对于深入理解热驱动谐振管回热器的热与声的能量转换实质具有重要的指导意义.     

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     

Studies on Performance of Thermoacoustic Prime Mover

Thermoacoustic engines are the devices that convert thermal energy into acoustic energy without moving parts. The main objective of this study is to analyze the performance of a thermoacoustic prime mover measured in terms of onset temperature difference, frequency, and pressure amplitude by varying resonator, stack length, and plate thickness. From the experiments, it is observed that onset temperature difference and pressure amplitude increases with increase in resonator and stack length with minimum plate thickness, whereas the frequency increases with decrease in resonator and stack length with higher plate thickness. The experimental results are compared with simulated results via Design Environment for Low Amplitude Thermoacoustic Energy Conversion software (Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, USA).     

基于传递矩阵法的热声发动机频率设计计算

介绍利用传递矩阵法计算热声发动机的工作频率的思路和方法。理论分析表明该方法是切实可行的 ,和其他方法得到了相互的印证。利用该方法的计算结果和已发表的试验结果进行了对比分析。研究结果表明 ,相比已有的计算方法而言 ,传递矩阵法更加简单直观 ,方便于采用计算机编程计算复杂结构的热声系统的工作频率。     

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。     

扬声器驱动热声制冷机设计研究

热声制冷机主要由声驱动器、共振管、板叠、高低温端换热器、声容等部件组成。它具有运动部件少、运行可靠、振动小和寿命长等优点 ,在军事、航天、微电子、低温物理等领域有着十分诱人的应用前景。文中运用经典线性热声理论对热声制冷机各个组成部件设计进行了介绍 ,在此基础上设计了一台扬声器驱动热声制冷机 ,并用专业计算软件进行了数值模拟验证 ,为热声制冷机进一步优化与发展提供了一个解决方案。