新型热声制冷-双作用行波热声制冷机热力特性的数值模拟研究

对一种新型热声制冷系统—双作用行波热声制冷机进行了研究,设计了一台在气液双作用行波热声发动机上使用的行波制冷机,并通过数值模拟优化了制冷机的结构尺寸.在环境温度300K,制冷温度250K的条件下,新型的双作用制冷机的COP达到了2.74,相对卡诺效率接近60%,声功消耗为534W,制冷量为1464.9W.通过对传统的斯特林制冷机及不同结构的行波制冷机计算比较.结果表明:从压比、效率、制冷量等多角度考察,新型的双作用行波制冷机更适合与气液双作用行波热声发动机耦合工作.它具有潜在的高效率、热驱动及无运动部件的优点,非常有潜力成为常规制冷方式的一种替代技术.     

谐振子耦合型热声驱动脉管制冷机研究

热声驱动脉管制冷机通常采用直接或者长管耦合的方式,但是因为耦合后的发动机和制冷机难以达到最佳的工作状态,耦合长管的损失也比较大,因此整体效率较低。本文提出一种热声驱动脉管制冷机结构,利用谐振子耦合热声发动机和脉管制冷机,能够显著减小声功传递损失,提升整机效率。全文针对在900 K加热温度、80 K空气液化温区下的热声驱动脉管制冷机展开理论研究,首先分析了谐振子耦合机理,并对谐振子参数进行了优化设计;其次,研究了加热温度、制冷温度和机械阻尼对系统性能影响;最后,将谐振子耦合型与长管耦合型两种方式的热声驱动制冷机进行了对比分析。结果表明:在平均压力为3MPa,加热温度为900 K,制冷温度为80 K时,谐振子耦合的热声驱动制冷机可获得整机22.5%的效率,而长管耦合的热声驱动脉管制冷机获得11.6%的效率。     

新型热声制冷-双作用行波热声制冷机热力特性的数值模拟研究

对一种新型热声制冷系统—双作用行波热声制冷机进行了研究,设计了一台在气液双作用行波热声发动机上使用的行波制冷机,并通过数值模拟优化了制冷机的结构尺寸。在环境温度300K,制冷温度250K的条件下,新型的双作用制冷机的COP达到了2.74,相对卡诺效率接近60%,声功消耗为534W,制冷量为1464.9W。通过对传统的斯特林制冷机及不同结构的行波制冷机计算比较。结果表明:从压比、效率、制冷量等多角度考察,新型的双作用行波制冷机更适合与气液双作用行波热声发动机耦合工作。它具有潜在的高效率、热驱动及无运动部件的优点,非常有潜力成为常规制冷方式的一种替代技术。     

行波热声发动机驱动的脉管制冷机研究

通过改变热声发动机谐振直路长度,研究系统在不同工作频率下的性能.研究发现,在一定条件下降低频率可以显著改善脉管制冷机的性能.在工作压力为2.7 MPa,加热功率为2 350W,工作频率为45 Hz时,双向进气型单级脉管制冷机获得了80.9 K的最低制冷温度,这是目前用热声制冷方法获得的最低制冷温度.     

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。     

修改变温热源热声发动机驱动制冷机性能

为提高环路多级行波热声发动机驱动制冷机系统在变温热源条件下的热功转换性能,使用SAGE软件对不同加热温度的子系统进行解耦计算,分析了热源温度、回热器和谐振管结构尺寸等影响因素,然后根据计算结果对整机系统进行了结构优化。结果表明:优化后整机系统内部声场行波比例上升、部分谐振管中获得了更大声阻抗幅值,但谐振管尺寸的增加增大了声功损失面积;在整机吸热量和谐振管中声功损失量都增加的情形下,整机热声转换效率和相对卡诺效率略微下降,负载制冷机获得了更多声功。     

热驱动热声制冷技术发展现状与展望

热驱动热声制冷技术利用热声发动机输出的高强度声波驱动热声制冷机实现制冷,即实现热—声—冷能源转换,是一种环境友好、近零电耗且热源适应性好的新型绿色制冷技术。热驱动热声制冷系统工作温跨大,可实现室温至液氦温区不同制冷需求,在多个领域具有广阔的应用前景。本文以热驱动热声制冷技术近三十年来的发展为基础,介绍了热驱动热声制冷原理和分类,从热驱动室温热声制冷机和热驱动低温热声制冷机两个方面综述了研究现状和发展方向,对该技术在室温制冷、余热/冷回收、天然气液化和低温制冷等方面的应用及相关研究进行了归纳分析,并指出未来的研究需要在热声新流程、谐振机构、高效热声转换、低品位能源利用、工程样机实用化等方面实现协同突破,形成效率高、功率大、起振温度低、可实现极低温、稳定可靠的热驱动热声制冷技术,从而推动新型绿色制冷技术的科学发展与应用。     

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。     

40 K温区驻波型热声驱动两级脉管的制冷特性

进行了驻波型热声发动机驱动两级脉管的制冷特性实验,样机获得41.2 K的无负荷制冷温度.通过观测热声板叠热端和冷端温度、压力波的振幅、压比和频率,以及脉管制冷机制冷温度等,分析了平均工作压力和加热功率对系统性能的影响.根据实验数据,讨论了系统存在的问题,并指出了改进的方向.     

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.