带压力放大器的驻波型热声发动机驱动RC负载

进行了驻波型热声发动机压力放大器长度对系统性能的影响的模拟及实验研究,发现压力放大器的实际最佳长度应该小于系统波长,并且受热声发动机的加热功率、工作压力和负载大小的影响;在负载声阻固定的情况下,一定范围内振动频率、加热温度、负载入口声功随着压力放大器长度的增大而增大;压力放大器可以提高负载入口声功和效率,在本实验的热声系统中接入3.45 m压力放大器后,热声发动机的效率由1.45%提高到3.32%.     

带压力放大器的驻波型热声发动机驱动RC负载的模拟研究

对驻波型热声发动机压力放大器长度对系统性能的影响进行了模拟计算,根据计算分析得知压力放大器的实际最佳长度应该小于系统1/4波长,并且受热声发动机的加热功率、工作压力和负载大小的影响;在负载的声阻固定的情况下,一定范围内振动频率、加热温度、负载入口声功随着压力放大器长度的增大而增大;压力放大器可以提高负载入口声功和效率。     

定加热温度下热声发动机声功输出特性研究

对定加热温度下行波热声发动机驱动阻容负载进行了数值模拟,分析讨论了声阻和容抗对声功输出的影响。以氦气为工质,在充气压力为3 MPa、加热温度为923 K的条件下,对不同气库体积的热声系统进行了模拟;此外,还采用负体积气库模拟了阻抗虚部为正值的情况。计算结果表明,容抗值较大时,在负载相位角约为-45°(或45°)时,声功率存在一个极大值;当容抗值较小时,声功率会出现两个极大值和一个极小值,且在负载阻抗相位角约为-45°(或45°)时为极小值;此外,声功输出最大值与效率最大值对应的阻抗并不相同。     

声学放大器对热声发动机性能的影响

对声学放大器的声功传输能力以及其对热声发动机性能的影响进行了实验研究,发现声学发大器只有在一定条件下才能提高热声发动机的输出压比,当末端阻抗减小时其放大能力也减小.声学放大器本身也是一个声学阻力部件,如果仅以负载引出功计算热声发动机的效率,声学放大器在输出端负载阻抗较大时能够提高系统热效率,当负载阻抗减小后,它将使发动机的热效率急剧降低.     

燃气驱动的热声发动机初步实验

在原有电驱动混合型热声发动机的基础上,设计建造了燃气驱动的混合型热声发动机,并进行了初步实验.以氮气为工质,在充气压力为1.2 MPa时发动机压比达到了1.29,在充气压力为2.4 MPa时得到了250.3 W的声功.通过采用弹性膜片阻断直流,在充气压力1.2 MPa时,系统最高压比达到1.34.     

热声发动机用声学放大器的改进研究

声学放大器是一种可显著提高热声发动机输出压力振幅和压比的装置,存在的主要问题是声功损失过大.通过理论研究,提出采用较大管径进一步提高声学放大器性能的方法,称为改进型声学放大器.实验结果表明:该声学放大器在大幅度提升输出压比的同时,没有明显降低发动机内的压比和破坏发动机内部声场,能使发动机工作在较高的品质状态.采用变负载法测量声功的实验结果也表明,改进型的声学放大器有效地解决了声功损失过大的问题.     

行波热声发动机的多负载声功输出特性

为进一步提高热声发动机的声功输出能力并为驱动多负载做准备,提出了热声发动机声功的多路引出方案。实验中以氮气为工质,工作压力为2．4MPa,在热声发动机环路压比稳定在1．20的情况下,从环路声容和谐振管处同时引出声功,获得了389．95W的最大声功,11．3％的最大声功输出效率以及16．0％的最大声功输出炯效率,这比单独从环路引出的最大声功和效率分别提高了51．4％,24．6％以及19．4％。     

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.     

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。     

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。     

行波热声发动机末端耦合方式研究

行波热声发动机可与各种声学负载耦合,在对耦合位置的研究基础上,进一步开展负载末端耦合时行波热声发动机的性能研究.同时改变直管谐振管内径和长度,使频率恒为67.7 Hz,保证发动机环路声功转换特性一致.研究表明,当谐振管内径为120 mm时,系统性能最好;以氦气为工质,在平均压力3 MPa、加热功率2 000 W、热端温...     

Effect of RC load on performance of thermoacoustic engine

Based on linear thermoacoustics, a symmetric standing-wave thermoacoustic engine connected with an acoustic resistance and acoustic compliance (RC) load was simulated to study the effect of the load impedance on the performance of the thermoacoustic engine. Experiments were performed to verify the simulation. Both the simulation and the experimental results show that there is a non-monotonic variation of the acoustic power delivered to the load with the acoustic resistance of the load and a maximal acoustic power may be obtained when the acoustic resistance equals to its compliance impedance. And a lower compliance impedance of RC load may lead to a higher acoustic power delivered to the load.     

谐振管几何形状对热声发动机工作性能的影响

谐振管作为热声发动机的重要部件之一,其几何参数的变化对热声系统的工作性能有重大影响,在驻波型热声发动机系统上对锥形谐振管和圆直谐振管进行了初步的实验对比,以探明谐振管的形状对热声发动机系统性能的影响.实验结果表明,在系统的工作频率固定在130 Hz的情况下,无论是压比、输出声功,还是相对卡诺效率,采用锥形管的系统都要比采用圆直管的系统具有更大的优势.     

Influence of resonance tube length on performance of thermoacoustically driven pulse tube refrigerator

A resonance tube is an important component of a thermoacoustic engine, which has great influence on the performance of the thermoacoustically driven pulse tube refrigerator. A standing wave thermoacoustic engine is simulated with linear thermoacoustics. Computed results show that an appropriate accretion of the resonance tube length may lead to a decrease of the working frequency and an increase of the pressure amplitude, which will improve the match between the thermoacoustic engine and the pulse tube refrigerator. The theoretical prediction is verified by experiments. A refrigeration temperature as low as 88.6 K has been achieved with an optimized length of the resonance tube, helium as working gas, and 2200 W of heating power.     

热声系统跳频现象研究

进行了带声压放大器的驻波型热声驱动RC负载的实验研究,在实验中观察到频率跳变现象,根据驻波型热声系统的运行模式,对跳频现象出现的声阻范围、跳频现象随加热功率的变化关系以及跳频现象和声压放大器长度的关系进行了归纳和总结.     

热声驱动脉管制冷机的实验研究

采用热声压缩机驱动脉管制冷机,使彻底消除低温制冷机中的运动部件成为可能。作者研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了加热温度,平均工作压力,小孔开度等主要因素对制冷机性能的影响。初步实验中,以氮作工质,获得了－３８．７℃的无负荷制冷温度,最大温降达５４．７℃。此外,还指出了进一步的改进方向,具有一定参考价值。