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Gedeon聲直流對熱聲轉(zhuǎn)換效應的影響機制及其抑制方法研究

發(fā)布時間:2020-12-05 19:47
  熱聲發(fā)動機是基于熱聲效應將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置,具有運行可靠性高、壽命長以及環(huán)保性高等優(yōu)點。幾十年來,熱聲理論以及熱聲發(fā)動機樣機的研究都已經(jīng)取得了一些突破性進展。行波熱聲發(fā)動機由于工質(zhì)微團所經(jīng)歷的熱聲轉(zhuǎn)換熱力循環(huán)本征可逆,理論熱效率較高,是近年來熱聲領(lǐng)域的研究熱點。但是行波熱聲發(fā)動機通常具有閉合環(huán)路結(jié)構(gòu),在環(huán)路中循環(huán)流動的Gedeon聲直流是影響其熱效率的一個至關(guān)重要的因素。為了探索Gedeon聲直流對熱聲轉(zhuǎn)換效率的影響機制,同時高效低損地對其進行抑制以提高系統(tǒng)的熱效率,本文針對以下幾個方面開展了理論和實驗研究工作:(1)Gedeon聲直流對回熱器熱聲轉(zhuǎn)換效率的影響機制與特性分析。以新晉發(fā)展的四級行波熱聲發(fā)動機以及雙向進氣型脈管制冷機為例,基于熱聲學理論建立了數(shù)值模型,編寫了模擬計算程序,分析了 Gedeon聲直流對回熱器熱聲轉(zhuǎn)換效率的影響機制。本文的研究工作著眼于Gedeon聲直流所攜帶的能流是當?shù)販囟鹊暮瘮?shù),同時Gedeon聲直流攜帶的能流又導致溫度梯度的顯著變化,本文著力揭示二者之間的相互作用,闡明了Gedeon聲直流通過改變回熱器中的溫度分布進而影響熱聲轉(zhuǎn)換效率的作用機制。(... 

【文章來源】:浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】:172 頁

【學位級別】:博士

【部分圖文】:

Gedeon聲直流對熱聲轉(zhuǎn)換效應的影響機制及其抑制方法研究


四種典型的熱聲振蕩春聞

波型,行波熱聲發(fā)動機,環(huán)路


接下來對行波型熱聲發(fā)動機的研究進展進行介紹。??行波型熱聲發(fā)動機的概念最早是Ceperley在1979年提出[7()]。但是,直到1998年,日本??的Yazaki等人建立了一臺如圖1.2所示的環(huán)路行波熱聲發(fā)動機[71],自激聲振蕩才在環(huán)路系??統(tǒng)中成功的被觀察到。穩(wěn)定性邊界條件觀測表明該系統(tǒng)的起振溫度明顯低于駐波型熱聲??發(fā)動機。不過由于阻抗匹配的問題,該系統(tǒng)的熱效率仍然較低,以一個大氣壓的空氣為??工質(zhì)時,僅達到了?1.02左右壓比。同時,Yazaki型回路中存在的其它問題(比如Gedeon??聲直流和Rayleigh聲值流)也是導致系統(tǒng)效率較低的原因。??|LDV|?.r?板疊??玻璃管j;?ji力傳感器??/?%?二?'二??換熱器??圖1.2環(huán)路行波熱聲發(fā)動機[71]??1999年,Backhaus和Swift對熱聲斯特林發(fā)動機[12’72]的成功研制是行波熱聲發(fā)動機研??究中的突破性進展,如圖1.3所示。他們將回熱器連同三個換熱器(包括主副冷卻器以及??加熱器)放置在環(huán)路內(nèi)的行波聲場中,并將環(huán)路連接到駐波諧振管的一端,這獨特的設??計保證了回熱器處于行波聲場并且聲阻抗較高。同時,樣機成功研制的重要因素還應該??歸功于對于聲直流(包括Gedeon聲直流和Rayleigh聲直流)的抑制。在實現(xiàn)回熱器處高聲??阻抗以及對聲直流進行抑制后,該樣機的熱效率可達0.3?(相對卡諾效率為0.42),其效??率足以媲美傳統(tǒng)內(nèi)燃機(0.25?0.4)和活塞驅(qū)動的斯特林發(fā)動機(0.20?0.38)

熱聲斯特林,發(fā)動機


中科院理化所的羅二倉等人通過對比行波或駐波模式的熱聲發(fā)動機認為聲功流率的臨界溫度梯度與流道尺寸和工作介質(zhì)有關(guān),也提出了一種波聲場工作的熱聲發(fā)動機方案[73],其結(jié)構(gòu)與熱聲斯特林發(fā)動機的結(jié)構(gòu)相似示。2005年,羅二倉等人研制成了具有錐形諧振管的高壓力比、能量聚焦熱,通過改變諧振管的直徑,抑制非線性波的產(chǎn)生,減少了粘性耗散。在對進行優(yōu)化后,當采用1.5?MPa的氮氣為工質(zhì),加熱功率為3?kW(加熱溫度為67現(xiàn)了?1.4以上的最大壓比[74,75]。同時,戴巍等人還提出了聲學放大器的概念,到熱聲發(fā)動機驅(qū)動脈管制冷機的研究中,在理論計算的基礎(chǔ)上,實驗證實[75]。湯珂等人通過數(shù)值模擬和實驗研究了聲壓放大器尺寸對駐波熱聲系統(tǒng)76,77]。李青等人在小型高頻熱聲斯特林發(fā)動機方面也進行了諸多研究[78,79]。??

【參考文獻】:
期刊論文
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博士論文
[1]熱聲驅(qū)動脈管制冷特性的理論與實驗研究[D]. 湯珂.浙江大學 2005
[2]熱聲器件的尋優(yōu)及其與熱聲熱機系統(tǒng)的匹配[D]. 涂虬.華中科技大學 2004



本文編號:2899989

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