大冷量斯特林脉管制冷机中的损失

介绍了高温超导中使用的斯特林型大冷量脉管制冷机的发展,分析了大冷量脉管制冷机回热器和脉管中损失产生的机理,并对实验中针对降低大冷量脉管制冷机损失的方法进行了总结。建立合理的数学模型,通过计算机仿真深入研究回热器和脉管中损失,进行精细化的改进设计成为发展大冷量脉管制冷机所面临的重要挑战。     

一种间接测量惯性管阻抗的方法

惯性管是脉冲管制冷机的一个重要部件,需要保证其在脉冲管热端提供合适的阻抗幅值和相位。如何准确确定惯性管阻抗一直是个难点。本文利用直线压缩机背腔内压力波动计算体积流率,从而间接得到惯性管入口体积流率,进而得到惯性管阻抗特性,并与DeltaEC计算做了详细对比,为进一步优化脉冲管制冷机打下基础。本文首先介绍了惯性管的热声计算模型及其湍流修正方法,并详细介绍利用压缩机了测量体积流率的方法。实验中重点考察了频率、惯性管入口压力波动、气库体积大小对阻抗的影响,并对实验结果进行了分析。实验结果表明,阻抗幅值及相角跟湍流模型计算结果总体而言相当吻合,但在某些区域还需进一步修正。     

四分之一波长锥形谐振管共振频率的研究

在热声发动机系统中,谐振管用来调节系统的超振频率.通常的四分之一波长谐振管由一段谐振管后面连接一个比较大的气体容积构成,与二分之一波长谐振管相比,在相同的起振频率下前者可以有相对短的管长.锥形谐振管除了调节频率外,还可以提高热声发动机输出压力波的压比.本文通过数值计算软件Fluent6.0中的K-ε湍流模型模拟了不同长度、不同的进出口直径的一系列锥形谐振管,得出了近似四分之一波长锥形谐振管的共振频率与其长度、锥度之间的关系,并初步与实验进行了对照.     

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。     

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。     

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。     

交变流动中突变截面局部损失特性分析

从突变截面流道内流体满足的方程组出发,给出交变流动中突变截面阻力系数的定义以及考察方法,采用量纲分析法获得影响局部阻力特性的四个无量纲影响参数：动态雷诺数与幅值雷诺数之比、幅值雷诺数、变截面面积比、声场压力、速度相位差。通过PW（粒子成像测速仪）测量,分析了流场结构特征,并与CFD计算结果对比,验证了CFD计算结果的可...     

热声换热器的工作机制及换热特性研究

基于弱非线性热声理论,对热声换热器的换热特性进行了理论研究.获得了平行平板通道内二阶周期平均热流的解析解,并指出存在临界声导率比的模|Ya|_(cr)~I,使得二阶周期平均热流为零.当实际声导率比的模大于|Ya|_(cr)~I时,振荡流体从外热源吸热,为吸热器;当实际声导率比的模小于|Ya|_(cr)~I时,振荡流体向外放热,为放热器.获得了平行平板通道内二阶周期平均温度的解析解.计算分析了工作流体的物性参数、流动参数以及声导率比对二阶周期平均温度分布的影响,为进一步考察换热系数提供了依据。     

弱非线性热声理论模型的建立及简化

本文指出非零的周期平均热声效应在本质上是非线性的,应保留到二阶精度。在小振幅条件下,利用摄动方法,以无限大平板流道为例,建立了二阶精度的弱非线性热声理论模型,并在不同条件下对模型做了进一步简化。这一理论为理解热声系统的工作机制以及设计优化热声系统提供了强有力的理论工具。