本文關鍵詞：小型行波熱聲發(fā)動機的設計與實驗研究

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【摘要】：將熱聲發(fā)動機(壓縮機)用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械壓縮機驅動脈管制冷機或利用熱聲逆效應驅動熱聲制冷機,組成了一套具有突出優(yōu)點的制冷系統(tǒng):結構簡單,沒有任何運動機械部件,消除常規(guī)機械制冷中的摩損,可靠穩(wěn)定;可采用對環(huán)境友好的工質,符合人們共同保護生態(tài)環(huán)境發(fā)展要求;造價合理低廉,無需精密加工;可利用太陽能、工業(yè)廢熱等低品位熱源,改善了能源利用的效率,尤其對于發(fā)展中國家偏遠山區(qū)缺少電力設施但太陽能充足的地區(qū)的開發(fā)有積極意義。小型化后的行波熱聲發(fā)動機,工作頻率很高,甚至達到上千赫茲,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)動機本身產(chǎn)生的壓力振幅仍然偏小;起振溫度仍然偏高,且運行過程中易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象,降低系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性。本論文針對行波熱聲發(fā)動機小型化后存在的上述問題開展研究,目的是提升小型行波熱聲發(fā)動機的綜合性能。本論文主要包括以下幾個部分:1)以線性熱聲理論為基礎,采用DeltaEC軟件對小型行波熱聲發(fā)動機建立了模型,數(shù)值模擬分析了各個熱聲部件及操作參數(shù)等對發(fā)動機性能的影響規(guī)律。提出了小型行波熱聲發(fā)動機系統(tǒng)中,對其工作頻率,加熱溫度和壓力振幅最有影響的聲學部件是:諧振管,諧振腔,其次是聲容和回熱器。聲容和回熱器處于環(huán)路中,其結構尺寸不易調整,諧振管和諧振腔在改善發(fā)動機性能方面有更大的潛力。2)在數(shù)值模擬分析的基礎上,設計并搭建了一臺小型熱聲行波發(fā)動機試驗臺,總長小于1.5m,總高小于0.5m,諧振管長1m。實驗研究了不同工質,加熱功率,充氣壓力等操作參數(shù),以及結構參數(shù)對熱聲發(fā)動機的起振溫度,壓力振幅,工作頻率,聲場分布等性能的影響。通過實驗和數(shù)值模擬結合,更明確提出了最方便顯著改善小型行波熱聲發(fā)動機性能的部件是諧振管和諧振腔,并對此進行了重點實驗研究,用氦氣作工質時,工作頻率降到了90Hz,起振溫差降到了198.2K,且在1-2.5MPa內該起振溫差值變化不大,利于發(fā)動機在更廣的充氣壓力范圍內容易起振,在加熱功率800W,平均壓力0.8MPa時,壓比達到1.108。在上述基礎上提出未來可實現(xiàn)更佳性能的設計方案,進一步降低頻率,提高壓力振幅。3)實驗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,加熱功率和工質種類是影響該現(xiàn)象發(fā)生的主要因素。對于氦氣工質,平均壓力位于起振溫度曲線右支高壓區(qū)域時,易發(fā)生周期性起振消振現(xiàn)象。另外,還對小型行波熱聲發(fā)動機中的耗散進行了定量分析,發(fā)現(xiàn)直流的存在給副室溫端冷卻器帶來了大量熱負荷,對小型行波熱聲發(fā)動機性能造成了不利的影響。4)將小型行波熱聲發(fā)動機與一臺微型同軸脈管制冷機連接,實現(xiàn)了整體無機械運動部件的制冷系統(tǒng),并進行了初步的實驗,在平均壓力2.5MPa,加熱功率800W,氦氣作工質時,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)動機驅動制冷機的應用潛力。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK05

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10 王紅麗;汪雙鳳;;行波熱聲發(fā)動機的研究進展[J];廣東化工;2008年11期

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2 孫大明;行波熱聲發(fā)動機及其驅動的脈管制冷機研究[D];浙江大學;2005年

3 李山峰;行波熱聲發(fā)動機、制冷機及其耦合規(guī)律研究[D];中國科學院研究生院（理化技術研究所）;2009年

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