电驱动低温空气源双作用行波热声热泵

在环境温度低于0℃时,常规空气源热泵会出现压比过高、效率和制冷量急剧下降等问题。为了解决这些问题,提出了电驱动双作用行波热声热泵技术。通过数值计算优化了该新型热泵的结构尺寸,设计出一台电驱动低温环境下运行的双作用行波热声热泵。在环境温度253 K(-20℃),泵热温度323 K(50℃)的条件下,新型热泵的制热系数达到了2.93,相对卡诺效率接近64%,泵热量为4 722.6W,压比仅为1.19。热泵多种运行工况的计算结果表明该热泵能够在效率变化较小的情况下调节泵热量的大小;环境温度和泵热温度的改变对系统的运行状态影响不大;该系统制冷时亦有不俗的表现。双作用行波热声热泵在低环境温度情况下的这些优点使其非常有潜力成为高端热泵技术。     

行波热声发动机中平板与丝网回热器的对比实验研究

制作出了一个平板回热器,将其置入行波热声发动机中与丝网回热器进行对比实验研究.实验结果表明,平板回热器能够有效提高行波热声发动机的输出声功,但是其热效率有所降低.     

300 Hz脉冲管制冷机特性研究

从实验和数值计算两个方面研究了1台工作频率为300 Hz的单级脉冲管制冷机的制冷特性.实验方面,验证了平均压力、入口压比、惯性管长度以及均流化元件对其制冷性能的影响,该制冷机在平均压力为3.96 MPa、入口压比为1.21时获得了79.6 K的最低制冷温度;数值计算方面,基于线性热声理论的模拟结果与实验结果进行了比较,以验证程序的有效性.     

热声斯特林发动机热动力学特性的CFD研究——第一部分:热声自激振荡演化过程

采用商业计算流体动力学(CFD)软件Fluent6.0对热声斯特林发动机热动力学特性进行了热声自激振荡演化过程的数值模拟研究.主要研究了边界条件、初始条件和数值离散方法对模拟瞬态、可压缩、非线性的热声系统的重要影响,同时给出了两种在回热器内部建立温度梯度的方法,比较了它们对应的不同自激振荡演化过程.模拟结果表明,在高于功产生的临界温度梯度时,波动压力振幅被显著放大.本研究初步验证了该CFD研究的有效性.     

采用正弦型谐振管的高频驻波热声发动机

设计了一截面积正弦变化的对称管道作为高频驻波发动机谐振管,实验研究了该发动机的工作性能与声功输出能力,并与采用等直径谐振管的实验结果进行对比.在一定加热功率下,正弦管能有效抑制系统产生的二阶谐波,提高一阶压力波动幅值并降低加热块温度.由于存在显著的非线性效应,基于经典线性热声理论的计算无法预测两种谐振管实验性能的不同,并且与实验结果偏差很大.     

一种高频热驱动脉冲管制冷机不稳定现象的研究

报道了一种高频驻波热声发动机驱动脉冲管制冷机的热声不稳定现象.通过实验对此种热声不稳定现象的产生原因进行了探讨,发现增加加热功率或缩短声压放大器可以抑制此种不稳定现象;理论方面主要通过快速傅立叶变换对不稳定的压力波形进行分析,对其产生原因进行了初步分析.     

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.     

新型谐振管耦合型双效斯特林制冷机的数值模拟

结合经典双效斯特林制冷机结构与热声理论,提出一种谐振管耦合型双效斯特林制冷机,采用声学谐振管耦合斯特林发动机与斯特林制冷机,从而实现热驱动制冷,具有结构简单、潜在效率高、可靠性高、绿色环保的优点,在小型天然气液化、冷电联供以及空间探测领域有较大的应用潜力。针对实验室现有发动机和制冷机的参数,采用模拟软件Sage搭建了计算模型,计算验证了该结构的可行性。计算结果表明,在充气压力为3 MPa,工作频率为50 Hz,发动机压比为1.3条件下,该系统在80 K的制冷温度可获得210 W制冷量,整机效率为11.3%。同时进一步探究了系统内声场分布和主要部件损失,研究表明回热器内部声场偏离行波声场,谐振管中粘性损失较大和制冷机输入声功偏小是当前整机效率较低的主要原因。如果进行合理的优化设计,此类系统可以实现25%以上的整机效率。     

回热型静止式热磁发电机中的换热和回热分析

静止式热磁发电机因结构简单、可靠性高等优势而在低品位热源利用领域具有重要的发展前景,但热磁材料热容导致的无效吸热量严重制约了热磁发电机效率的提升。为了克服这一难题,提出一种采用交变流动换热的静止式热磁发电机,其特有的回热结构,有望显著降低换热器的换热量,进而提升整机热效率。首先介绍回热型静止式热磁发电机的整机结构,然后对其回热的实现机理进行了深入分析,并通过理论分析和数值模拟考察了其换热、回热性能与流道结构尺寸、运行参数的关系。结果表明,其换热性能与无量纲缓冲区长度和无量纲流体振幅均呈正比,而回热性能与无量纲流体振幅呈反比。进一步的数值模拟表明,其换热和回热性能随频率的降低而显著提升。在频率为0.2Hz时,该结构可使热磁发电的热效率提升1.5倍,但其回热性能仍有很大的提升空间。     

不同工作气体的双作用热声发电机的热力性能研究

对一台三缸的双作用热声发电机进行了数值模拟,考察了不同工作介质下系统的热力性能。考察的气体工作介质包括氮气、二氧化碳、氩气、不同组分的氦氩混合气以及氢气。模拟计算表明,系统的热力性能与工质密切相关。采用氢气作为工作介质时,该热声发电机获得的电功最大,三个电机获得总电功最大可达5 145 W,此时系统的热电效率为22.8%。