行波热声热机的理论与实验研究进展

近年来,随着理论的日趋完善及实验研究的深化,以及行波热声热机理论效率可接近于卡诺循环效率这一优点,使其成为这一领域的研究热点和难点。主要阐述热声热机的理论研究进展,重点介绍了实验方面的研究成果以及国内外行波热声热机实用化的研究进展,并初步预测了热声热机的发展方向。     

行波型热声发动机的试验研究

介绍了新型行波形热声发动机的试验装置,在不同的充气压力和工质条件下进行了试验,讨论了结构尺寸、充气压力、加热温度、工作介质试验结果的影响,并发现了频率跳变现象。     

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。     

热声热机实验研究进展

热声热机是基于热声效应原理的一种新型的能源转换机械,因其本质上可实现完全无运动部件以及较高的转换效率引起国内外学者的广泛关注,理论和实验研究相得益彰。较详细描述了国内外学者对驻波、行波热声发动机、热声制冷机以及热声驱动脉管制冷机的实验研究方面的一些研究成果及进展,最后对热声热机的发展方向进行了展望。     

行波型热声发动机的试验研究

介绍子新型行波热声发动机的试验装置,对试验结果进行了分析和讨论,在工作气体为氮气、压力为1．56MPa、热端气体温度615℃时获得压比1．083。     

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.     

行波热声发动机加热器改进及其驱动脉管制冷机系统实验研究

对自行研制的行波型热声发动机中的核心部件加热器进行了改进.采用改进的热声发动机驱动单级小孔型脉管制冷机,以氦气为工质,在充气压力为2.2 MPa的条件下,获得了110 K的最低制冷温度.通过对实验结果的分析,着重阐明了热声发动机和脉管制冷机之间的频率匹配问题及其改进途径,为进一步深入研究指明了方向.     

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。     

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...     

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。     

Mixture Working Gases in Thermoacoustic Engines for Different Applications

For working gases in thermoacoustic engines, the most important characteristics are low Prandtl number and high ratio of specific heats. These properties change a lot with pressure for some gases, which makes selecting a working gas under high pressure different from that under normal pressure. This article presents optimization calculations for gas mixtures under different pressures. Results show that binary mixtures of helium and xenon can reach the lowest Prandtl number and highest ratio of specific heats when the pressure is lower than 4.5MPa. When the pressure is higher than 4.5MPa, however, the lowest Prandtl number is obtained with a mixture of helium and krypton. It is found that ternary mixtures may be better working gases than binary mixtures in thermoacoustic engines, especially under high pressure. For example, a helium–argon–xenon ternary mixture can be used to obtain a relatively low Prandtl number and high ratio of specific heats. In addition, this article shows that mixtures containing carbon dioxide and other gases can also result in useful working gases. This suggests that it is possible to replace the expensive xenon gas with cheap carbon dioxide for some applications. Finally, the effect of temperature on the Prandtl number, the ratio of specific heats, and the thermal penetration depth is also studied, and a more reasonable construction of the thermoacoutic couple is presented. The results of this study should be useful for helping select working gases in thermoacoustic engines for different applications and design goals.     

脉动热管实验与理论研究进展

脉动热管(PHP/OHP)是一种新型的高效传热元件,在航天领域、电子器件冷却以及节能技术方面极具应用潜力。这里首先介绍了脉动热管的特点和工作原理,然后分别从实验研究、理论研究和实际应用等方面介绍了目前该领域的研究现状。实验研究方面着重介绍了流动可视化应用以及纳米流体和功能流体通过强化换热提高脉动热管性能等相关研究热点。同时指出,目前脉动热管的理论分析受限于两相流理论的发展,主要研究重点在于非线性分析;数值模拟方面,特别是同纳米流体以及功能流体应用相结合将会成为下一个研究热点。     

闪蒸器补气热泵系统的试验研究

针对一种适于环境温度较低情况下使用的闪蒸器补气热泵空调系统进行了试验研究,该系统在低温工况下,经闪蒸器闪发的气体通过辅助进气口向压缩机工作室喷射制冷剂,以此改善热泵系统内部压缩过程来提高热泵的低温制热性能。试验结果表明,在-10℃-15℃的低温环境中,该系统仍然具有较高的制热能力和供暖温度,能够满足寒冷地区冬季的采暖要求。且该系统的制冷性能基本不受影响。     

相变窗传热特性实验研究

本文采用熔融共混法制备十四酸(MA)-十六醇(HD)二元有机复合相变材料,利用差示扫描量热仪(DSC)确定了复合相变材料的相变温度和相变潜热。相变温度为35.5℃,相变潜热为218.23 kJ/kg,经过300次热循环实验,结晶温度变化在0.2℃以内,热稳定性良好。利用高低温交变试验箱模拟夏季室外温度变化(变化范围18~58℃),测试了双层窗与相变窗内外表面温度随环境温度的变化特性。结果表明:相变窗外表面温度峰值较双层窗降低5.9℃,相变窗内表面温度峰值较普通双层窗降低0.6℃,温度持续稳定100 min,整个测试过程中相变窗控温效果明显。相变窗较双层窗具有良好的负荷转移能力。     

低浓度纳米流体比热容试验研究

分别以纳米级的CuO、Cu、Al2O3和Al粒子为分散相,以蒸馏水(DW)和丙二醇(PG)为基础液体,制备了体积份额为1～4%的低浓度纳米流体.采用比较量热法测试了不同温度下的纳米流体比热容.结果显示,低浓度纳米流体比热容比基础液体小,并随着粒子体积份额和粒径的增加而减小,随着温度的升高而增加.加和原理计算值小于试验值,不适合预测纳米流体的比热容.     

多联式热泵驱动热管复合供热装置的实验研究

本文提出多联式热泵驱动热管的新型供热循环方式。该方式的特征是采用空气源热泵直接驱动串联式热管散热器供热。为验证该供热方式可行性,本文基于额定功率为2.5 k W的压缩机和9台热管散热器搭建了实验台,在不同工况下进行测试。测试结果表明:新型供热装置启动速度较快,当室外温度为-10℃时,系统运行36 min时,热管散热器表面温度即可达到45℃。热管散热器温度均匀性好,除1#、9#散热器存在过冷、过热现象外,其余散热器之间温差约为1℃。同时系统传热温差小,并能在除霜工况下正常运行。     

双作用高温行波热声热泵的热力特性研究

提出了一种双作用热声热泵的流程,利用热声软件DeltaEc模拟计算了在进出口体积流率相位差为120°时各个结构尺寸的改变对系统性能的影响,并对影响其改变的原因做了分析讨论。设计优化了一种高性能高温行波热声热泵,在热端温度为100℃、环境温度为30℃时,其热端泵热量可达1037.7W,热泵系数COP为3.2,相对卡诺效率为59.7%。在此基础上进一步研究了在进出口体积流率相位差在不同值时热泵系统的性能,发现在相位差为129°时,相对卡诺效率可达最高,为60.1%     

干燥褐煤的热泵技术实验研究

结合目前国内电厂循环水余热利用及褐煤干燥现状,提出了利用热泵技术回收电厂循环水余热干燥褐煤的实验方案,并搭建了实验系统。分别在60℃、 70℃、80℃条件下对褐煤进行了干燥实验,测定了褐煤质量随时间变化曲线。实验结果表明:干燥温度越高,干燥速率越快,有效干燥时间越长,干燥效果越好。在60℃的条件下脱水量为22.5%,耗时25min;70℃时为31%,耗时30min;80℃最高可达到42.6%,耗时35min。为热泵技术在循环水余热利用以及褐煤干燥中的实际应用提供参考。     

一种全热回收器的设计开发与实验研究

阐述了一种全热回收器的设计及开发过程,并通过实验测试,研究分析了室内外温差、湿度差、焓差对全热回收器效率的影响;探讨比较了全热回收器与普通热管的节能性。