热声系统起振机理的初步研究

根据气体密度、粘度和导热系数等物性参数随温度的变化规律，在对热声系统中热声转换的关键部件丝网板叠进行合理简化的基础上，给出了热声系统起振机理的一种初步解释，对进一步完善热声理论具有一定指导意义。     

黄铜与不锈钢丝网板叠性能比较分析

综合轴向和横向传热特性，比较分析了黄铜和不锈钢丝网板叠的性能，并采用黄铜和不锈钢两种丝网板叠进行了热声驱动脉管制冷的对比实验，给出了详细的实验结果和讨论。     

丝网板叠型驻波热声发动机的工作特性研究

基于线性热声理论设计并搭建了一台丝网型驻波热声发动机,采用不同目数的不锈钢丝网进行试验,考察了丝网板叠几何参数和工作压力对热声发动机工作特性的影响,实验结果和线性热声理论计算结果吻合度较好。实验发现,高目数丝网板叠更容易使系统起振,在实验范围内热声发动机采用不同板叠时的最小起振温度均发生在小充气压力下;在不同的充气压力下,存在最优目数的丝网使得发动机性能最佳。对该台热声发动机而言,最佳的丝网水利半径应为热渗透深度的4.5倍左右。     

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.     

热声制冷的实验研究

热声制冷作为一种很有前途的制冷方法,在国内外引起了极大的兴趣。介绍了一套热声制冷机实验台。该热声制冷机由声发生器、共振管、板叠、高低温换热器管组成,在此基础上进行了热声制冷的实验研究,重点研究了输入频率、输入电压和平均充气压力对热声制冷机性能的影响,在以氮气工作的情况下,制冷机冷端温度下降了１２℃。     

回热器的热声指标

在热声谐振管中,回热管的结构尺寸对于热声谐振管的性能起着关键的作用。本文通过分析得出了采用板叠结构的回热器的有源网络模型,并在此基础上提出了评价回热器性能的指标;输出端放空时的输入阻抗,输出端封闭时的输入阻抗,输出端放空时的正向流放大倍数,以此为基础可以进行热声制冷机的整机优化匹配设计。     

回热器填料热声特性研究--网络模型算法的应用和验证

采用网络模型计算热声热机系统的输出声功率。对不同回热器填料以及对同种回热器在不同间距和不同振荡压力比条件下进行了数值计算，计算结果表明：在其它相同条件下，针束型回热器热机系统输出声功率比板叠回热器热机高。     

驻波热声发动机板叠温度分布的红外观察

为了深入研究热声板叠中的能量流动和分布,采用红外热像仪对自行设计搭建的驻波热声发动机板叠进行了温度场观测,重点分析了起消振过程中板叠的轴向和径向温度分布变化.实验结果表明:在起振时,板叠轴向中部的无量纲温度会出现突然升高并随之保持平稳.通过分析不同板叠安装角度下的板叠温度分布,首次发现自然对流会使起振前板叠的径向温度分...     

驻波热声热机的最优频率特性

对驻波热声热机平板型回热器的频率进行了优化,导出了声功率最大时的最优频率,通过数值算例讨论了平板间距、板叠温度梯度等参数对最优频率的影响.     

热声热机的频率特性研究

热声效应是热声回热器与热声工质在一定的温度梯度作用下相互作用的结果,热声热机的频率是热声系统的一个重要参数,对于热声制冷机其直接决定了消耗声功而泵热的可能性.分别分析了不考虑热粘效应和考虑热粘效应时空谐振管的谐振频率,认为考虑热粘效应时,谐振频率大于不考虑热粘效应时的频率,同时分析了有温度梯度存在时的热声驱动器和热声制冷机的谐振频率,认为热声器件的存在改变了系统的频率特性,使系统的频率高于没有板叠存在时的频率.此结论对于热声制冷机的设计有重要的指导意义.     

高频微型热声制冷机的样机设计与性能预测

介绍了高频微型热声制冷机的设计和性能分析,确定和部分优化了5 kHz压电喇叭驱动的热声实验样机的设计参数,为探索接近超声波频率的微型机工作的可能性,同时也对15 kHz微型热声制冷器进行了性能预测,并给出了主要参数,为高频微型热声制冷系统的实验研究提供了样机设计和性能预测.     

热声斯特林热机中行波圈子系统特性的实验研究

行波圈是热声斯特林型发动机的一个主要的子系统，行波圈的基本属性对热声斯特林型发动机的整机稳定性和效率有着决定性的影响。单独对行波圈子系统的基本属性进行了理论和实验研究，通过改变回热器阻抗、平均压力和输入功率等控制参数，对单独行波圈环路内声场分布进行了详细研究，并且对有无谐振管情况进行了对比和分析。在理论上对行波圈的基本属性以及和谐振管的匹配进行了分析和讨论，并得出了一些有意义的结论。     

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.     

Design optimization of thermoacoustic refrigerators

Thermoacoustic refrigeration was developed during the past two decades as anew, environmentally safe refrigeration technology. The operation of thermoacoustic refrigerators employs acoustic power to pump heat. Nowadays, as commercial applications are sought, it is important to be able to obtain fast and simple engineering estimates for the design and optimization of prototypes. This paper provides such estimates by implementing the simplified linear model of thermoacoustics - the short stack boundary layer approximation - into a systematic design and optimization algorithm. The proposed algorithm serves as an easy-to-follow guideline for the design of thermoacoustic refrigerators. Performance calculations applying the algorithm developed in this paper, predict values of 40–50% of Carnot's efficiency for the thermoacoustic core, the heart of a thermoacoustic refrigerator. One reason that these efficiencies have not yet been achieved in devices built to date, is the poor performance of the heat exchangers in thermoacoustic refrigerators. This issue and other remaining challenges for future research are also addressed in the paper. Solving these problems in the near future, we believe, will bring an environmentally safe refrigeration technology a step closer to commercial use.     

混合型热声发动机中两个模态的特性对比研究

文献[1]报道了本混合型热声发动机存在两个振动模态--高频模态和低频模态.在试验上成功地获得了稳定的高频模态.首次对这两个模态的本征特性及其演变规律进行了详细的对比分析,发现这是两个显著不同的热声模态.在理论上对该型热机进行了初步的探讨,分析了该模态行为对系统的稳定性的重要影响,并指出了这种效应的工程意义.     

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。     

行波热声斯特林热机起振模态的实验研究

设计和建造了一台小型的行波热声发动机，实现了与谐振管负荷的耦和匹配。介绍了所研究的热声系统中热声振荡过程的一些实验结果和实验中观察到的两个起振模态以及模态间周期性交替变化的现象，对影响起振模态的因素进行了实验研究和分析。     

热声热机的网络模型与仿真研究

介绍了热声热机的网络模型和其仿真计算方法。所开发的计算程序能预测热声系统的声场、回热器等元件及系统的阻抗、以及包括制冷量、制冷温度、热流、声功和ＣＯＰ等的性能参数。本模型的仿真研究将为热声系统的优化设计提供前提和依据。     

不同工作气体的双作用热声发电机的热力性能研究

对一台三缸的双作用热声发电机进行了数值模拟,考察了不同工作介质下系统的热力性能。考察的气体工作介质包括氮气、二氧化碳、氩气、不同组分的氦氩混合气以及氢气。模拟计算表明,系统的热力性能与工质密切相关。采用氢气作为工作介质时,该热声发电机获得的电功最大,三个电机获得总电功最大可达5 145 W,此时系统的热电效率为22.8%。