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。     

大型多功能热声发动机的研制及初步实验 第二部分:热声发动机的初步实验

行波热声发动机在回热器中进行的是可逆热声转换过程,理论上可以更高效地产生和传输声功,因而具有广阔的研究应用前景.对自行研制的大型多功能热声发动机进行了初步实验,着重研究了系统的起振、消振过程及压力波动情况.实验结果表明,该热声发动机比纯驻波型热声发动机具有更低的起振温度、更大的压比及更高的热声转换效率.以氮气为工质,在充气压力为9×105 Pa的条件下,该热声发动机最大压比达1.21,工作频率为25 Hz,这是当前国际上处于前列的实验结果.     

环路声学共振多级行波热声发动机的机理研究

针对环路声学共振多级行波热声发动机的工作机理进行了研究,重点分析了环路声学共振4级行波热声发动机无负载工作情况,并比较了环路声学共振4级、8级、16级行波热声发动机的工作性能。计算结果表明,这一行波热声发动机具有较好的声场分布并通过增大回热器横截面积有效降低了回热器内的粘性流动损失。增加环路声学共振多级行波热声发动机的级数仍能获得较为理想的工作性能,并能够增加整机产生净声功率,降低谐振管消耗声功率的比例,相对传统带驻波谐振管的行波热声发动机更为紧凑。     

热声斯特林热机中行波圈子系统特性的实验研究

行波圈是热声斯特林型发动机的一个主要的子系统，行波圈的基本属性对热声斯特林型发动机的整机稳定性和效率有着决定性的影响。单独对行波圈子系统的基本属性进行了理论和实验研究，通过改变回热器阻抗、平均压力和输入功率等控制参数，对单独行波圈环路内声场分布进行了详细研究，并且对有无谐振管情况进行了对比和分析。在理论上对行波圈的基本属性以及和谐振管的匹配进行了分析和讨论，并得出了一些有意义的结论。     

大型多功能热声发动机的研制及初步实验 第一部分 热声发动机的研制

设计并制作了一台大型多功能行波热声发动机，该热声发动机长4．5m，高1．25m，设计最大输入功率5kW。它不仅可以用于行波与驻波混合型热声发动机实验，还可以单独进行行波环路实验及热声发动机驱动脉管制冷机实验。该热声发动机中没有任何运动部件，同驻波热声发动机相比起振温度低、压比大，这对低品位能源的利用具有重要意义。着重介绍该热声发动机系统的研制和测量系统的组成，相关实验结果将另文介绍。     

回热器参数对热声发动机性能影响的理论及实验研究

针对本实验室的行波热声发动机系统,研究了回热器对系统的重要作用.利用建立在线性热声理论基础上的模块化程序预测了不同回热器下系统的工作性能,并结合实验进一步分析比较了不同回热器对系统性能的影响.实验结果表明,低目数丝网填充的回热器更容易使系统起振,同时,起振温度随着工作压力的增加而降低;相同的输入功率和充气压力下,压比和加热块温度都随着目数的增大而升高;相同输入功率和目数下,压比和加热块温度随充气压力的增大而降低;丝网目数对系统频率的影响很小.     

行波热声发动机的实验研究进展

基于热声效应发展起来的热声发动机是一种新型的完全没有机械运动部件,可利用低品位热源的环保发动机。近年来,行波热声发动机由于热声转换效率高而受到各国学者的广泛关注。针对近十年来行波热声发动机的实验研究进展与典型样机进行了介绍,并对热声发动机的性能参数作了分析与总结,最后展望了行波热声发动机的发展趋势和应用前景。     

气-液双作用热声发动机结构参数不一致性对系统热声转换特性的影响

针对气-液双作用行波热声发动机结构参数不一致性对系统热声转换特性的影响进行了数值模拟分析,分别讨论了回热器长度、液体活塞摩擦阻力以及液体活塞质量不对称的情况下,系统热声转换特性的变化。计算结果表明,仅改变一个基本单元的一个特定的结构参数时,整个气-液双作用行波热声发动机性能参数均发生改变,并且表现出不对称性。系统结构参数的不一致性对体积流率、压力振幅、相位以及气体温度的沿程分布均有明显影响。回热器产生的净声功率受结构参数不对称性影响显著,甚至可能出现某一基本单元回热器不产生声功率或消耗声功率的情况,值得重点关注。     

行波型热声制冷机及混合工质的实验研究

行波型热声制冷机,因采用热声发动机驱动脉冲管制冷机,使消除低温制冷机中的运动部件成为可能.作者建立了行波型热声制冷机实验装置,采用氮气、氦气及其混合气进行了行波型热声发动机与脉冲管制冷机的配合实验,获得73.8℃的最大温降.着重研究了热端气体温度、压力振幅和冷端温降的变化规律.     

行波型热声发动机谐振管的调相作用

基于环形圈加谐振管的热声发动机的两自由度模型构思,在调相机理上开展了工作.系统分析和仿真研究表明:谐振管对于热声发动机系统不仅是决定系统工作频率、储能和稳定工况,还对行波型热声发动机的声场产生调相作用.针对不同形式的谐振管(谐振管,谐振腔和容腔),以及不同体积的容腔负载(10 L,20 L,40 L)进行仿真计算.研究不同条件下,对回热器处的压力和体积流率之间的相位调节作用及声功的影响.在此基础上,对回热器起点、中点和终点3个位置的流体微团进行分析,得到不同位置的p-V图.结果表明,谐振管的确起到调节声场相位的作用,容腔形式的谐振管更有利于回热器内声场的优化,而容腔的体积大小对回热器声场的影响不大.     

板叠式回热器的特征频率

提出回热器特征频率的概念,以热声器件的热动力学理论为基础,建立起热声回热器的分布参数网络模型,以实例分析并用Matlab编程计算回热器不同工质下的特征频率,得出了单一He气和He、Ar混合气体下回热器的特征频率分别为565 rad/s和1 300 rad/s以及回热器的阻抗特性和不同工作压力对回热器阻抗影响的关系图.通过计算分析以便为回热器与系统更好地匹配,以及为回热器热声转换效率的提高提供依据.     

回热循环燃气轮机中回热器的动态特性研究

采用多段集中参数模型对具有分布参数特性的回热器建模，简化了由偏微分方程带来的大量计算，应用Matlab／Simlink软件作为仿真平台，采取数值方法求解，对具体回热燃气轮机中的回热器进行了仿真，结果表明，回热器时间常数较大，在回热循环燃气轮机仿真中回热器的热惯性不能忽略，而且是影响系统平衡稳定性的重要因素．     

压比对回热器性能影响的理论分析

采用谐波分析法,对回热器进行了模拟.针对热声发动机与线性压缩机输出压力波特性的不同,分析了输入压比对回热器性能的影响.计算了给定输入声功率、不同输入压比条件下回热器的优化尺寸,可为脉管制冷机回热器的优化设计提供参考.     

双声源法调制回热器边界声场的理论分析

为了方便获得热声系统较佳的回热器边界条件,提出了双声源法调制回热器边界声场的方案.基于Rott方程,推导出回热器以及有阻尼谐振管中的声场表达式,建立了回热器边界声场调制的理论模型,得到了回热器边界声场和双声源的声压之间的关系.理论分析表明双声源法可以实现回热器边界声场的任意调节,并实际讨论了各种回热器声场边界条件的调制方法.     

新型径轴向混合填充式回热器的流动阻力实验

对新型径轴向混合填充式回热器的流动特性进行了实验研究.实验结果表明:在工质体积流量相同的条件下,新型径轴向混合填充式回热器的稳态流动阻力系数f小于层叠丝网型回热器,而大于丝网卷裹型回热器和平行丝型回热器;在相同体积流量下,以He为工质的稳态流动阻力系数f是以N2为工质时的3.4-3.6倍;回热器稳态流动阻力系数f主要与...     

复叠系统壳管式回热器的设计研究

回热器是复叠系统中的重要附属换热器,本文采用专业传热计算软件从流道布置方式、管程数等方面对影响回热器换热系数的因素进行研究,阐明壳管式回热器适宜的结构型式。     

基于并联回热器模型的大功率斯特林脉管制冷机回热器温度不均匀性研究

基于流体网络理论,建立了两个并联的回热器模型来解释回热器内温度不均匀产生机理.通过对回热器内部环流的计算,首次提出了预测回热器最大径向温差的数学模型.最后,还对回热器径向温度不均匀引起的损失进行了定量分析,并提出了抑制大功率斯特林型脉管制冷机回热器内温度不均匀的方法.     

A modified two-stage pulse tube cryocooler utilizing double-inlet and multi-mesh regenerator

In this paper a thermally coupled Stirling-type two-stage pulse tube cryocoolers (TSPTC) is studied using a one-dimensional (1-D) CFD code. After validating the results of the simulations, effects of synchronous utilization of multi-mesh regenerator and double-inlet on the performance of the TSPTC are investigated. Results of simulations show that non-oscillating friction factors do not possess sufficient accuracy for calculation of oscillating friction losses in non-porous media. Whereas, using oscillating friction factor of non-porous media leads to sufficient accurate results. According to the results, using multi-mesh regenerator and double-inlet increases the COP and decreases the minimum attainable temperature of the system. It is observed that a minimum temperature of 18.2 K is attainable using optimum multi-mesh regenerator and double-inlet; whereas, for a simple TSPTC with a uniform mesh regenerator, a minimum temperature of 26.4 K is concluded.     

2 W@80 K星载斯特林制冷机丝网的优化选型设计

介绍了丝网的种类,考虑丝网质量对回热器性能的影响,给出了优质丝网的判据.详细分析了丝网目数对空隙率、比传热面积和当量直径的影响,以回热器回热损失与压降损失之和最小,尽可能减小回热器空容积为原则进行计算分析,得出2 W@80 K制冷机回热器的最佳填料为丝径0.036 mm、276目×276目的平纹方孔网.试验结果表明选用该规格丝网的制冷机在制冷温度80 K、压缩机输入功率46.2 W时,获得的制冷量为2 W.