卡门涡街激发直管内声场的实验研究

搭建了一方型长直管实验台,利用钝体绕流生成卡门涡街,首先研究冷态条件下涡脱落激发直管内一维声场的特性,为后续研究涡街激发热声不稳定提供实验基础与参考依据。试验测量了不同涡街频率及两种代表性涡脱落位置下激发产生的声学脉动压力信号,分析了二者对激发管内一维声场的影响。试验发现,涡街激发的声场是多频率不同强度的声波叠加的结果,与旋流燃烧器的热声不稳定特性相似;激发出的声波频率、幅值与涡街频率及涡脱落位置有关,且只有部分涡街频率下的激发声波表现驻波特性。     

叶片整流器强化涡流管制冷性能研究

为解决涡流管工作过程中气体易产生旋涡的问题,设计一种新型叶片整流器,将旋流转化为平行流,实现能量回收利用。搭建实验平台,通过调整装置结构及工况进行相关研究。实验结果表明:压比为2时,与无整流器涡流管相比,相同长径比下安装整流器的涡流管制冷效应(入口与冷端出口温差)提高3.5℃;相同制冷效应下,整流器能将长径比缩短一半;冷流率为0.5时,两端同时安装整流器时单位制冷量最大提升3.5 kJ/kg,只安装在热端时单位制冷量最大提升2.6 kJ/kg,只安装在冷端时单位制冷量最大提升0.64 kJ/kg;当压比较低时整流器叶片入口角度较小有利于提升制冷效果,当压比较高时叶片入口角度较大有利于提升制冷效果。     

周期性热激励下压电陶瓷的热释电特性研究

设计了一套研究压电陶瓷热电特性的实验系统,并基于热释电效应研究了压电陶瓷在周期性热激励下的热电特性,拟合出了周期性热激励下压电陶瓷中产生的电压与电流的表达式。模拟和实验结果表明,当采用周期性的聚焦光线照射在压电陶瓷表面时,压电陶瓷表面的温度和正负极之间的电压也会周期性的变化,且变化的频率与调频装置的频率一致。     

回热器参数耦合对热声发动机声功增益率的影响

基于线性热声理论,研究热声发动机回热器的几何参数和声场参数的耦合对其声功增益率的影响.较小的相对水力半径(几何参数)耦合负的近行波阻抗相角(接近0°相角)及较高的无量纲阻抗幅值(声场参数),可以有效提高回热器的声功增益率.在此基础上分别研究了驻波型、行波型和混合型热声发动机回热器的几何参数和声场参数的耦合特性,计算分析...     

非对称双级环路行波热声热机的实验研究*

对于双级环路行波热声热机,两个热声核的相对位置直接影响到其起振温度,而热声热机的起振温差决定了其可利用的热源品位。基于线性热声理论分析,通过改变两个热声核的相对位置,研究了两个热声核的相对位置改变对其起振温差、压力振幅和压比等的影响。结果表明,双级环路行波热声热机的起振温度随着两个热声核从中心对称位置逐步靠近时先下降再上升,当两个热声核之间的谐振管长度比例为1:3.5时,系统获得最小的起振温差为59.6℃（工质为N₂,充气压力为2.5 MPa）。在相同温差下,该系统在谐振管长度比例为1:3.5的位置相较于其他位置具有较大的压力振幅和压比。     

运用波动方程计算内燃机爆震燃烧时的热声耦合性质

分析热声耦合领域和内燃机爆震的研究现状,给出根据KIVA燃烧模型推导出的三维波动方程,将之与KIVA相耦合,对一台内燃机爆震燃烧时的声波进行计算.结果显示,燃烧室内声学波动频率很高,且爆震时其幅值可达数个兆帕.对比实测爆震气缸压力高频信号可知,该波动方程可正确计算爆震时燃烧室内声波.对比高速摄影实验结果.声场计算结果和气体获得声功的分布图可知,声场的振荡比火焰传播更快、更复杂;内燃机燃烧的热声振荡没有特定部位稳定声功的输出或输入.最后,总结了常规热声机和内燃机热声耦合性质的异同.     

回热器热功转换特性的实验研究

搭建一个实验测试平台,对回热器热声转换特性进行实验研究。实验系统由分别充当压缩机和发电机的多台直线电机及被测的回热器、换热器、热缓冲管等组成。实验对不同加热温度与声场条件下回热器的热声转换特性进行系统的研究。在平均压力为4 MPa时,实验获得的最大净输出声功为688 W,最大热声效率为34.2%。实验结果表明,在同等条件下,回热器加热温度越高,其输出声功越大,同时热声转换效率越高;回热器工作存在最优的声场条件,使其净输出声功与热声效率分别达到最大。     

含阻尼结构的下曲轴箱声辐射特性研究

应用模态叠加法分析了油底壳在指定激励下的结构振动响应;然后应用ATV（声传递向量）＆MATV（模态声传递向量）法,在声振分析软件SYSNOISE中计算了油底壳的辐射声功率级、声场场点声压等声学结果。采用约束阻尼结构对油底壳进行声辐射控制的研究,得到了阻尼处理后的结构动态特性及声辐射特性结果。与原油底壳相比,各阶固有频率、表面振动速度、振动加速度显著降低,辐射声功率、声场声压也均有所降低,具有较好的减振降噪效果。     

小型温差发电器性能影响因素研究

通过实验的方式测量了热空气流量、温度和冷却风速对半导体温差发电器性能的影响。研究结果表明:随着热空气流量的增加,热端换热效果增强,使得集热器温度升高,进而冷热源温差增大,热电模块的开路电压增加。随着热空气温度的升高,集热器的温度同时也在升高,此时冷热源温差增大,热电模块的开路电压增加。随着冷却风风速的增加,冷端换热器的换热效果增强同时也影响热端集热器的温度。     

丝网热声板叠的最佳填充率

自行研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了热声机械中热声转换的关键部件丝网板叠的填充率对热声驱动脉管制冷机起振温度,制冷温度和加热功率等的影响,并通过实验发现了丝网板叠的最佳填充率,以氮和氮作工质,分别获得了196K和138K的无负荷制冷制度,达到国际先进水平,为热声机械的实用化奠定了基础。     

基于热管散热的串联式两级热电制冷器制冷性能综合分析

针对基于热管散热的串联式两级热电制冷器,建立了有限时间热力学模型。通过热阻分析的方法建立了热电制冷器的一维热阻网络图并给出了冷热端热阻的具体计算方法。以制冷率、制冷系数、热力学完善度和极限制冷温差为性能指标,用数值算例的方法研究了工作电流、热电单元分配比、热电单元横截面积、热电单元长度、热管几何参数(冷凝段长度和管芯厚度)和制冷温差等关键参数对热电制冷器综合性能的影响规律。     

磁流变阻尼器多物理场耦合的温升特性分析

磁流变阻尼器属于一种能量耗散装置,在使用过程中将振动机械能转化为自身热能,阻尼器力学性能受磁场和温度等因素的影响。建立磁流变阻尼器温度场的数学模型和仿真模型,运用COMSOL仿真计算软件,分析了磁流变阻尼器多物理场耦合下的温升特性,通过改变线圈电流大小、激励振幅和频率,对比研究影响阻尼器温升的原因。仿真结果表明,磁流变阻尼器温升主要来自于磁流变液流动的黏性热,小电流时电磁热对阻尼器温升影响较小,激励信号振幅和频率的变化对阻尼器温升影响较大,一维能量平衡法温度场数学模型仅适用于激励信号时大振幅或大频率工况场合。     

基于计划曲线的储能系统均衡热管理及节能研究北大核心CSCD

在储能电池舱能量密度逐渐升高的背景下,热管理耗能占总辅助用电的比例逐渐增加。由于电芯间不均匀送风,温差会进一步拉大。为实现储能系统低能耗、低温差的目标,本工作提出了一种基于能量管理系统(EMS)计划曲线的热管理控制策略,并采用电芯温度对储能电池舱内空调进行集中控制。通过对容量为5.017 MWh的储能电池舱进行实验,研究该策略对电芯温差及空调耗电量的影响。研究结果表明,电芯本征不一致、模组风扇状态、空调状态对电芯温差均有影响,在现有集成情况下,空调启动对温差有负面作用。在相同的充放电功率下,相比于无控制策略的实验条件,电池堆1和电池堆2的电芯温差分别降低了0.9℃和1.4℃。此策略下,由于空调待机时无内循环风机功耗,空调日总耗能降低了62%。     

专利信息

便携式开水器用全玻璃 真空太阳集热管 本实用新型为一种便携式开水器用全玻璃真空太阳集热管。它由内玻璃管、外玻璃管、吸气剂和金属卡子组成。内玻璃管的外表面沉积有铝－氮／铝太阳能选择性吸收涂层。外玻璃管封闭端的内表面蒸散有吸气剂镜面，内、外玻璃管之间抽成高真空。真特征是内玻璃管的封闭端露在吸气剂镜面外，也吸收太阳能。内玻璃管的封闭端不受金属卡子支撑，呈自由悬挂状态。其优点是内玻璃管的封闭端与开口端温差小，两端能很快达到沸点，可用于开水器。 （专利权人北京清华阳光能源开发有限责任公司 授权公畜号ＣＮ２４２…     

变功率下Rijke预混燃烧器的热声不稳定

为探索燃烧过程中热声不稳定的产生机理,对Rijke预混燃烧器热声不稳定进行了试验研究.Rijke预混燃烧器为直径40 mm、管长1 066 mm的不锈钢圆管,下端封闭,上端开口;致密堇青石材质的多孔介质稳燃体位于燃烧器1/4管长处,甲烷与空气的预混气体在稳燃体上方燃烧形成平面火焰作为加热热源.试验发现,Rijke预混燃烧器的燃烧温度和热声不稳定强度都随功率的变化而线性变化,获得的声压级位于132～143 dB.另外,Rijke预混燃烧器内热声不稳定的主峰频率几乎不受功率的影响,但幅值为最大峰值一半时的高频率和低频率之差随着功率的增大而不断减小,说明燃烧功率越大时,热声不稳定的声能就越集中于主峰频率.     

正弦脉动电流充放电下的锂离子电池发热特性

在级联H桥储能系统和模块化多电平储能系统中,电池的实际充放电电流为正弦交流和恒定直流的叠加,形成正弦脉动电流.本研究利用一维电化学模型,通过正弦脉动电流和恒定直流充放电下的电池发热特性的对比,对正弦脉动充放电电流下的LiFePO4电池的发热特性进行研究.研究结果表明正弦脉动电流下的电池瞬态热功率和瞬态内阻均随电流发生周期性波动;当正弦交流成分的波动幅值为直流成分的25％时,相对于纯直流充放电,放电和充电过程仅分别造成5％和2.8％的额外发热,但当正弦交流成分的波动幅值进一步增大,电池发热则会急剧增加;从SOC中间值到两端,电池压降和电流的相位差逐渐增大,即电池容性作用呈增大趋势;随着电流脉动频率增大,电池发热呈减小趋势.     

电动汽车用软包动力锂电池热-结构耦合分析

建立了方形锂电池瞬态产热模型,将软包锂电池简化为各向异性的叠层式复合材料,确定了模型中的热物性参数和力学参数;使用ANSYS软件,利用顺序热-结构耦合方式,模拟了电池瞬态温度场和热应力场分布。研究结果表明,电池中心区域温度较高,且受压应力,侧边温度较低,且受拉应力;电池各边出现应力集中,且最大Mises应力随放电电流增大而增大,随环境温度升高而减小;最大形变发生在电池高度方向两端,且随放电电流增大和环境温度升高而增大。     

汤姆逊效应对热电发电机驱动热电制冷机装置性能的影响

建立了包含汤姆逊效应的热电发电机驱动热电制冷机(TEG-TEC)装置热力学模型,运用非平衡热力学理论和数值计算方法进行了性能分析,对比考虑和不考虑汤姆逊效应2种情况,分析了汤姆逊效应对装置性能的影响。结果表明,汤姆逊效应使TEG-TEC装置性能降低,且降低幅度随热电发电机高温热源温度或制冷空间温度升高而减小。当热电发电机热节点温度和热电制冷机冷节点温度分别取450K和285K,热电单元比取0.5时,汤姆逊效应使制冷率降低29.98%,使制冷系数降低23.02%,使极限制冷温差降低11.35%。考虑到汤姆逊效应的影响,应当将有限数量的热电单元适当多地分配到热电发电机中。文中结论为实际TEG-TEC装置的设计和运行提供了理论指导。     

Pr对具有表面蒸发环形池内热毛细对流的影响

为了了解普朗特数对具有表面蒸发的环形液池内热毛细对流的影响,对流体在其纯蒸汽环境中蒸发时的热毛细对流进行了数值模拟,流体Pr变化范围为0.01至50.00,环形液池半径比和深宽比分别为0.5和1.0。结果表明,随着Pr的增加,表面温度逐渐升高,表面蒸发质量通量增大,热毛细对流流胞逐渐向外壁和自由表面移动,这种影响随着蒸发Biot数增加而逐渐减小;当蒸发Bi较小时,总蒸发质量随Pr增加而增大,当Bi较大时,Pr对总蒸发质量影响很小。     

钢板横向感应加热磁-热耦合的有限元数值模拟

采用电磁-热耦合二维有限元法模拟钢板感应加热,得到了加热频率和电流密度对加热时间、加热速度和温度均匀性的影响。结果表明,采用U型线圈加热钢板,可以形成一个完整的磁回路,符合感应加热钢板的要求;频率增加能够缩短加热时间和扩大钢板温度的温差;而电流密度增加,加热时间缩短,其对温度均匀性的影响则随电流增加温差增大。