环路热声发动机驱动的热声制冷系统性能分析

热声热机是一种具有高可靠性和环保特性的无运动部件热机。研究对象是一种环路行波热声发动机驱动的热声制冷机,由一个热声发动机单元和一个热声制冷机单元串联成环路组成。高效的行波热声系统要求回热器处在高声阻抗和接近行波的声场中。由于在环路系统中,声场对声阻抗的变化极为敏感,系统中两个回热器的安装位置会极大影响回热器处的声场。为了研究热声核安装位置对系统性能的影响情况,利用DeltaEC对该系统进行了数值模拟,分析了两个热声核在不同安装位置时系统的总能效系数、发动机单元的效率、制冷机单元的能效系数以及两个回热器的平均相位差和声阻抗等。根据计算结果,当制冷机单元回热器沿声功传输方向距发动机单元回热器的距离与环路总长的比值为0.24时,系统可达到最大总能效系数0.45,对应的相对卡诺能效系数是0.13。当该比值的范围在0.21~0.26时,两个回热器的平均声阻抗较大,使系统的总体性能较优。当该比值大于0.26或小于0.21时,制冷机单元回热器和发动机单元回热器的性能都会恶化,造成了系统整体性能的不佳。     

行波热声发动机的研究进展

热声发动机是将热能转化为声能的装置,是一种与常规机械式压缩机完全不同的新型驱动器.它没有运动部件,采用惰性气体为工质,可利用太阳能、废热等低品位能源为动力,因此具有结构简单、无污染、寿命长等优点.文章回顾了热声理论研究历程,介绍了热声现象的基本原理,重点阐述了国内外行波热声发动机的研究进展,并对行波热声发动机的应用前景进行了展望.     

热声制冷技术的研究前沿及进展

热声制冷技术可以高效地实现从普冷到低温的广泛温区,是目前低温与制冷领域的研究热点之一。它和相关的热声发动机技术都是利用精心布置的声学管道及换热器来实现能量转换和输运,可以无任何运动部件,结构简单,可靠性高。本文介绍了中国科学院理化技术研究所制冷与低温工程中心近年来围绕该项技术进行的研究,主要包括在基础热力学理论、热声低温和普冷制冷机以及热声系统CFD模拟方面取得的一些代表性进展。     

变温热源条件下热声制冷机的效率分析

利用有限时间热力学的方法以热力学第二定律性能为优化目标,分析了变温热源条件下不可逆热声制冷机热力学循环性能,并由数值计算分析了温度梯度及气体微团振荡的平衡位置对热声制冷机效率的影响     

多层主动磁回热器的仿真优化

借助Comsol多物理场仿真软件构建了一维瞬态磁制冷模型,考察了在特定工况下由3种不同居里温度的磁热工质（a、b、c）所构成的单层、双层和三层回热器,研究了不同填充比例与高温端温度对主动磁回热器的性能影响。仿真结果表明,当主动磁回热器均匀填充时,三层回热器性能好于单层和双层;当双层回热器非均匀比例填充时,发现在填充比为3∶7时性能最佳。相对于5∶5填充的双层回热器,3∶7比例填充的回热器冷量提高了6.02%,对应的COP提高了3.5%;同时对比三层回热器（即算例c）,最大冷量提高了1.13%。在考察不同高温端温度对3种回热器的性能影响时,不同高温端温度下不同的填充方式选择对回热器的性能影响较大。     

热声制冷装置及其在天然气液化中的应用

介绍了热声制冷机的基本工作原理和研究进展,并着重介绍了其在天然气液化中的应用情况.由于热声天然气液化器具有热声机械所特有的一些优势,因此在天然气开始广泛应用的今天,具有很好的发展前景和极大的应用潜力.     

热声发动机在低温余热利用方面的研究

以低温排热的有效利用为目的,设计制作了一台热声发动机的实验样机。通过实验,揭示了热声自激振动与热声强制振动现象发生的条件与机理,研究了热声发动机的关键部件——板叠的形状与材质对系统的起振温度的影响。结果表明,合理设计板叠的结构和合理选择板叠的材料,可以使得系统在较低的温度下起振。系统的最低起振动温度约为60℃。而从热声振动的方式来看,强制振动比自激振动具有更低的起振温度。     

热声制冷机的有限时间热力学优化

建立了实际热声制冷机的不可逆微循环模型,以制冷率和性能系数的协调优化函数Ω为目标,对热声制冷微循环的性能进行了优化分析。通过数值模拟得到了目标函数与循环压比之间的关系,研究了热漏以及内不可逆性对热声制冷微循环的影响。     

10~30K温区纯不锈钢丝网与混填磁性填料制冷性能对比

低温回热材料的性能是制约深低温制冷机发展的关键因素之一。在10~30K温区,对比低温段回热器采用不锈钢丝网（SS）和SS与HoCu₂混合填充两种方式的回热器损失、能量流分布及制冷性能。数值模拟表明,回热器采用纯SS填充时存在较大换热损失,而混填时流阻损失影响显著增大,随着制冷温度提高,回热器换热损失均能减小,而流阻损失有所增加。低温级脉管内能量流模拟结果表明,HoCu₂填充时,回热器焓流较小,传输到冷端的PV功也较小。最后在主动调相的热耦合两级脉管上开展实验测试,结果显示,SS与HoCu₂混合填充的低温级脉管无负荷温度到9.56K,当制冷温度为25K及以下时,制冷效率高于纯SS填充;制冷温度高于28K时,纯SS填充的制冷效率更高。通过常规不锈钢材料和磁性材料填充回热器制冷性能对比,为液氢温区高效回热器设计提供参考。     

一种新型连续螺旋折流板管壳式汽车空调回热器

带有气-液回热器的空调制冷系统已经被广泛使用,对相同几何尺寸的传统管壳式汽车空调回热器和新型连续螺旋折流板式回热器进行对比性的数值模拟研究。结果表明：以制冷剂R404A为工质,在相同质量流量下,回热器整体换热量提高32.2%,总传热系数提高41.7%;壳侧为制冷剂液体,壳侧平均传热系数提高3.5倍,同时壳侧压损也提高11倍;管侧为制冷剂气体,管侧平均传热系数和压损几乎不变。换热器整体回热效率从0.21提高到0.29,提高了38.1%。     

扩缩方孔蜂窝蓄热体强化传热的数值模拟

为提高烟气余热回收率,提出一种扩缩方孔蜂窝蓄热体,通过用户自定义函数(UDF)实现烟气和空气周期切换时流体种类和进口速度、温度等参数的改变,基于ANSYS Fluent软件建立了新型蓄热体的三维非稳态传热数值模型。通过比较模型预测值与文献实验值进行了模型验证。利用模型研究了新型蓄热体方孔扩缩角、扩缩节距和总长度对其传热和流阻性能的影响。通过温度云图分析了扩缩通道强化蓄热体性能的机理。结果表明,缩放通道能有效提高蜂窝蓄热体的传热性能,在压力损失增加不多的前提下,蓄热体效能最多提高约5个百分点。扩缩方孔蜂窝蓄热体长度越长,其传热性能越好;对于一定长度的新型蓄热体,扩缩节距(或扩缩角)不变时,蓄热体传热性能随扩缩角(或节距)增大而增强。扩缩角过大时,新型蓄热体流动阻力很大,综合性能不佳。     

膜反转板式降膜再生器的性能

膜反转板式降膜再生器是一种结合板式降膜与膜反转技术的新再生器型式。掌握其性能对今后的工业应用十分重要。本文以一个膜反转板式降膜再生器与板式降膜再生器作为比较。在相同设计条件下设计获得两个不同型式的再生器，通过对数学模型的求解，进行了不同发生压力、溶液流量、进口浓度、进口温度及加热条件下两者传热传质性能的计算与比较。结果表明在不同工况条件下，两者性能变化有所不同。由此，在膜反转板式降膜再生器替代板式降膜再生器的应用中应当考虑它们变工况性能的差异。     

密闭二维腔内水中热声波的数值模拟

以边长为1 mm密闭二维腔中的液态水为研究对象,用数值计算的方法,通过在左侧边界施加阶跃温度或阶跃热流来产生热声效应。分析水中热声波的产生与传播特性,并研究右侧边界中点产生的热通量的强度。计算结果表明,在相同的热边界和几何边界条件下,液态水中热声效应引起的压力波幅值和热通量远大于空气;当加热阶跃温度不同时,水中产生的压力波幅值和热通量随温度升高而急剧增大;当阶跃热流加热时,压力波和热通量与阶跃温度加热时的有较大差异。     

绝热型和内热型再生过程热性能对比

以再生量和再生热效率为性能指标对内热型和绝热型再生器进行对比研究,研究结果表明:相对于绝热型再生器,内热型再生器不仅能提高再生过程再生量,而且还能够提高再生过程热利用效率。内热型再生器在溶液流量很小的情况下能够具有绝热型再生器在很大流量情况下同样的再生量,因此内热型再生器在保证较高的再生性能同时,还可以避免或者缓解带液问题。再生空气流量对溶液再生器的性能起到至关重要的作用,再生空气流量的虽然能够增加再生量,但是会引起能源利用效率——再生热效率的降低,因此再生空气流量应该慎重选择和决定。     

催化裂化装置再生器的研究进展

介绍了近年来催化裂化再生器和再生工艺的研究现状。再生工艺主要包括单段再生、两段再生和快速流化床再生;比较了各类再生器的优缺点。简述了3种再生器的改进历程,根据现有再生器的优缺点提出了新的开发思路。     

铝制肋板式相变蓄热器蓄／放热特性的试验研究

介绍了一种新型铝制肋板式相变蓄热器,并以萘作为蓄热材料对其蓄／放热特性进了测试。分析了热流体的入口温度与流量对蓄热器蓄／放热特性的影响,以及蓄热器放置方式对蓄热器蓄/放热效果的影响。结果表明,肋板在蓄／放热过程中发挥了重要的作用;热流体的入口温度与流量对蓄／放热速率有重要的影响;蓄热器的性能采用竖直放置比水平放置更优。