低品位熱能驅(qū)動的雙級行波熱聲熱機數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著社會的發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，以建筑為代表的消費型能耗比例不斷上升，建筑能耗逐漸成為了社會總用能之最，建筑節(jié)能也成為了中國節(jié)能重點領(lǐng)域之一，而高效的建筑能源系統(tǒng)是降低建筑能耗的有效手段。雙級行波熱聲熱機是近年來發(fā)展起來的一種新型熱功轉(zhuǎn)換裝置，因其擁有可采用中低溫熱源，無有害物質(zhì)排放，且效率高、可靠性好等優(yōu)點成為了工程熱物理及能源領(lǐng)域研究的熱點。因此，發(fā)展基于雙級行波熱聲熱機的高效建筑能源系統(tǒng)以應(yīng)對新能源體制下的節(jié)能技術(shù)

2、發(fā)展需求具有重大意義。
　　本文首先對熱聲熱機的研究進展及現(xiàn)狀進行了簡單回顧，總結(jié)了線性熱聲理論基本控制方程及方程組的解，給出了熱聲系統(tǒng)時均能量方程及評價系統(tǒng)性能的指標。之后重點研究了以下內(nèi)容：
　　1提出了一種適用于雙級行波熱聲熱機的系統(tǒng)設(shè)計方案。
　　根據(jù)線性熱聲理論，結(jié)合現(xiàn)行壓力管道設(shè)計標準，對雙級行波熱聲熱機系統(tǒng)內(nèi)各熱聲元件進行設(shè)計計算，介紹了換熱器的結(jié)構(gòu)及材料，并給出其長度取值的量化指標；確定了回熱器的結(jié)構(gòu)型

3、式，并校核了回熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性；提出了采用直圓管與錐形管串聯(lián)的熱緩沖管型式以抑制其內(nèi)產(chǎn)生的“Reyleigh聲流”，并給出其長度的量化指標；采用帶冷卻套管的諧振管替代次室溫冷端換熱器以降低系統(tǒng)內(nèi)阻力損失，利用 DeltaEC確定諧振管管徑，并給出了頻率與其長度的關(guān)系式。
　　2基于線性熱聲模擬軟件DeltaEC對雙級行波熱聲熱機系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬研究。
　　介紹了雙級行波熱聲熱機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并描述了系統(tǒng)內(nèi)部聲功流和總能流

4、的傳遞過程。根據(jù)雙級行波熱聲熱機的中心對稱性，構(gòu)建了該系統(tǒng)的 DeltaEC簡化模型，提出對其中一級熱聲熱機單元進行模擬也可實現(xiàn)模擬整圈環(huán)路的設(shè)想，并進行了驗證，同時證明了雙級行波熱聲熱機系統(tǒng)聲場分布具有中心對稱性。
　　利用 DeltaEC對雙級行波熱聲熱機穩(wěn)態(tài)工作條件下的運行特性進行了模擬研究，獲得了系統(tǒng)內(nèi)聲場、聲功流及總能流的沿程分布規(guī)律，探究了不同工況下不同回熱器長度對凈聲功、輸入功率、熱效率及壓比的影響。
　　3搭

5、建了一臺可調(diào)節(jié)諧振管及回熱器長度，且能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)單、雙級切換的環(huán)路行波熱聲熱機實驗裝置。
　　基于第二章中的雙級行波熱聲熱機的設(shè)計方案和第三章的數(shù)值模擬研究，進行了雙級熱聲熱機實驗系統(tǒng)的搭建工作。著重敘述雙級行波熱聲熱機主機各部件的結(jié)構(gòu)及制作工藝，并提出了一種能改變回熱器長度的熱聲核結(jié)構(gòu)，該熱聲核結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)對回熱器長度的離散性調(diào)節(jié)。并在諧振管上增設(shè)多組法蘭連接件，不僅可以實現(xiàn)不同長度諧振管的更換，還能夠手動切換熱聲熱機系統(tǒng)的級數(shù)。