本文關(guān)鍵詞：小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(壓縮機(jī))用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)或利用熱聲逆效應(yīng)驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī),組成了一套具有突出優(yōu)點(diǎn)的制冷系統(tǒng):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件,消除常規(guī)機(jī)械制冷中的摩損,可靠穩(wěn)定;可采用對(duì)環(huán)境友好的工質(zhì),符合人們共同保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)展要求;造價(jià)合理低廉,無(wú)需精密加工;可利用太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等低品位熱源,改善了能源利用的效率,尤其對(duì)于發(fā)展中國(guó)家偏遠(yuǎn)山區(qū)缺少電力設(shè)施但太陽(yáng)能充足的地區(qū)的開(kāi)發(fā)有積極意義。小型化后的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī),工作頻率很高,甚至達(dá)到上千赫茲,增加了系統(tǒng)中粘性耗散損失;若不采用額外放大聲功的外部措施,發(fā)動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的壓力振幅仍然偏小;起振溫度仍然偏高,且運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象,降低系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性。本論文針對(duì)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)小型化后存在的上述問(wèn)題開(kāi)展研究,目的是提升小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。本論文主要包括以下幾個(gè)部分:1)以線性熱聲理論為基礎(chǔ),采用DeltaEC軟件對(duì)小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)建立了模型,數(shù)值模擬分析了各個(gè)熱聲部件及操作參數(shù)等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響規(guī)律。提出了小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中,對(duì)其工作頻率,加熱溫度和壓力振幅最有影響的聲學(xué)部件是:諧振管,諧振腔,其次是聲容和回?zé)崞�。聲容和回�(zé)崞魈幱诃h(huán)路中,其結(jié)構(gòu)尺寸不易調(diào)整,諧振管和諧振腔在改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面有更大的潛力。2)在數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)小型熱聲行波發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái),總長(zhǎng)小于1.5m,總高小于0.5m,諧振管長(zhǎng)1m。實(shí)驗(yàn)研究了不同工質(zhì),加熱功率,充氣壓力等操作參數(shù),以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的起振溫度,壓力振幅,工作頻率,聲場(chǎng)分布等性能的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)合,更明確提出了最方便顯著改善小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)性能的部件是諧振管和諧振腔,并對(duì)此進(jìn)行了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究,用氦氣作工質(zhì)時(shí),工作頻率降到了90Hz,起振溫差降到了198.2K,且在1-2.5MPa內(nèi)該起振溫差值變化不大,利于發(fā)動(dòng)機(jī)在更廣的充氣壓力范圍內(nèi)容易起振,在加熱功率800W,平均壓力0.8MPa時(shí),壓比達(dá)到1.108。在上述基礎(chǔ)上提出未來(lái)可實(shí)現(xiàn)更佳性能的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)一步降低頻率,提高壓力振幅。3)實(shí)驗(yàn)研究了影響周期性起消振現(xiàn)象的主要因素,提出了平均壓力,加熱功率和工質(zhì)種類是影響該現(xiàn)象發(fā)生的主要因素。對(duì)于氦氣工質(zhì),平均壓力位于起振溫度曲線右支高壓區(qū)域時(shí),易發(fā)生周期性起振消振現(xiàn)象。另外,還對(duì)小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中的耗散進(jìn)行了定量分析,發(fā)現(xiàn)直流的存在給副室溫端冷卻器帶來(lái)了大量熱負(fù)荷,對(duì)小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)性能造成了不利的影響。4)將小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與一臺(tái)微型同軸脈管制冷機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)了整體無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的制冷系統(tǒng),并進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn),在平均壓力2.5MPa,加熱功率800W,氦氣作工質(zhì)時(shí),制冷溫度從室溫289.4K降到了194.5K,展示了小型熱聲行波發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK05

【相似文獻(xiàn)】

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2 張爽;羅二倉(cāng);;環(huán)路聲學(xué)共振多級(jí)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)理研究[J];低溫工程;2012年03期

3 李東輝;張麗敏;吳張華;羅二倉(cāng);;氣-液雙作用行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)值模擬[J];低溫工程;2012年04期

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7 楊梅,羅二倉(cāng),凌虹,李曉明,陳國(guó)邦,吳劍峰;行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];低溫工程;2002年06期

8 楊梅,羅二倉(cāng),凌虹,李曉明,陳國(guó)邦,吳劍峰;行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];低溫與超導(dǎo);2003年01期

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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2 孫大明;邱利民;譚永翔;;行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中的Gedeon直流研究[A];制冷空調(diào)新技術(shù)進(jìn)展——第四屆全國(guó)制冷空調(diào)新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 陳茂;小型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2015年

2 孫大明;行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的脈管制冷機(jī)研究[D];浙江大學(xué);2005年

3 李山峰;行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、制冷機(jī)及其耦合規(guī)律研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（理化技術(shù)研究所）;2009年

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本文編號(hào)：1249391