駐波型熱聲發(fā)動機性能強化及其驅動脈管制冷特性研究.pdf

1、熱聲發(fā)動機利用熱聲效應把熱能轉換為聲能，具有結構簡單、運行可靠、以熱能驅動和工質環(huán)保等突出優(yōu)點，與脈管制冷機耦合在一起可構成從室溫到低溫完全沒有運動部件的熱驅動制冷系統(tǒng)，是一項具有應用前景的新技術。為進一步強化熱聲發(fā)動機的輸出性能，進而降低熱聲驅動脈管制冷機的制冷溫度，本文針對以下幾個方面開展了理論和實驗研究工作： 1．采用錐形諧振管的熱聲發(fā)動機的數(shù)值模擬和實驗研究利用線性熱聲理論，對一臺采用錐形諧振管的駐波型熱聲發(fā)動機進行了數(shù)

2、值模擬，發(fā)現(xiàn)采用錐形諧振管可有效降低工質氣體的速度振幅，進而減小在諧振管中聲功率的損失；與一臺在相同頻率下工作的采用等直徑圓柱諧振管的駐波型熱聲發(fā)動機進行了實驗對比，結果表明，在使用錐形管作為諧振管的熱聲發(fā)動機系統(tǒng)中，諧振管中的非線性效應得到了明顯的抑制，熱聲發(fā)動機在基頻模式下穩(wěn)定運行，壓比增大而加熱溫度降低。 2．聲壓放大器的聲學原理分析及數(shù)值模擬和實驗研究從聲學原理出發(fā)，分析得出對于一根長四分之～波長的理想聲壓放大器，可以在

3、其封閉端得到一個明顯高于開口端的壓比。根據(jù)線性熱聲理論的數(shù)值模擬和實驗研究都驗證了聲壓放大器對壓力波的放大作用，考慮到非理想條件下聲壓放大器內(nèi)部的各種損失，其末端壓力振幅取得最大值所對應的長度小于理論分析得出的四分之一波長。 3．熱聲發(fā)動機驅動RC負載的理論和實驗研究利用線性熱聲理論對熱聲發(fā)動機驅動RC負載進行了數(shù)值模擬，著重分析了負載阻抗對RC負載入口處和板疊熱端處各參數(shù)的影響，實驗研究了RC負載阻抗以及平均壓力對熱聲驅動RC

4、負載的影響。此外還進行了帶聲壓放大器的熱聲發(fā)動機驅動RC負載的數(shù)值模擬和實驗研究。通過理論計算初步總結了帶聲壓放大器的熱聲發(fā)動機與RC負載的耦合關系，指出聲壓放大器的長度對熱聲發(fā)動機驅動RC負載具有重要影響，不同長度的聲壓放大器有可能會在其入口處產(chǎn)生反向的壓力振動；當熱聲發(fā)動機向RC負載傳遞的聲功率最大時，RC負載入口處壓力振動與速度振動的相位差不再為-45°。 4．帶聲壓放大器的駐波型熱聲發(fā)動機驅動脈管制冷機實驗研究采用聲壓放

5、大器作為熱聲發(fā)動機與脈管制冷機的新耦合機制，有利于脈管制冷機獲得更低的制冷溫度。當加熱功率為1.4 kW，采用長3.3 m內(nèi)徑8 mm的聲壓放大器時，脈管制冷機回熱器入口處的壓力振幅達到0.181 MPa，壓比1.152，脈管制冷機最低制冷溫度從88.6K降為79.7 K，在120 K獲得了2.436 W的制冷量。通過對熱聲發(fā)動機加熱器、水冷卻器和高溫氣庫的改進，采用長3.4 m內(nèi)徑8 mm的聲壓放大器耦合新設計的U型脈管制冷機，當加熱