行波熱聲發(fā)動機的起振過程機理研究.pdf

1、行波熱聲發(fā)動機具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低及可利用低品位熱能等優(yōu)點，可望在工業(yè)廢熱回收、太陽能利用、分布式供能系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。由于具有更低的起振溫度、更大的功率輸出、更高的能流密度等優(yōu)點，多熱聲核循環(huán)耦合的環(huán)路型行波熱聲系統(tǒng)得到了越來越多的關(guān)注。關(guān)于多熱聲核循環(huán)耦合行波熱聲系統(tǒng)（即多級環(huán)路型行波熱聲系統(tǒng)）工作性能和機理的研究仍較缺乏，如其起振特性的研究、多熱聲單元間的協(xié)同工作機理等。
　　為了揭示行波熱聲發(fā)動機的動態(tài)

2、起振性能，使行波熱聲發(fā)動機能夠高效利用低溫位熱源，本文開展了行波熱聲系統(tǒng)的起振過程機理研究，包括單熱聲核行波熱聲發(fā)動機和多級環(huán)路型行波熱聲發(fā)動機的起振特性研究。具體情況如下：
　　1.本文從線性熱聲理論出發(fā)，考慮系統(tǒng)中各部件的聲阻、聲慣性、聲容性及熱弛豫效應(yīng)，建立了適用于行波熱聲發(fā)動機的時域網(wǎng)絡(luò)模型，開展了行波熱聲發(fā)動機起振特性的數(shù)值模擬研究。從起振溫度和品質(zhì)因子的角度，同時與帶氣體諧振管的熱聲斯特林發(fā)動機實驗結(jié)果對比，驗證該模型

3、能較好預(yù)測系統(tǒng)起振溫度，描述起振前行波熱聲發(fā)動機的聲功產(chǎn)出與耗散特征。
　　2.發(fā)展了適用于多級行波熱聲發(fā)動機的時域網(wǎng)絡(luò)模型，開展了多級行波熱聲發(fā)動機起振特性研究。本文首先和已有實驗結(jié)果進行了對比，驗證了該模型的可靠性。之后通過DeltaEC軟件設(shè)計出了各級行波熱聲發(fā)動機，建立了各級行波熱聲發(fā)動機的時域網(wǎng)絡(luò)模型，并分析了各級時域網(wǎng)絡(luò)模型的起振溫度和工作頻率。通過品質(zhì)因子的研究，探究了各級行波熱聲發(fā)動機的聲功產(chǎn)出和耗散特征。研究表明

4、，三級行波熱聲發(fā)動機品質(zhì)因子高于四級和六級行波熱聲發(fā)動機，這與DeltaEC模型中三級行波熱聲發(fā)動機單級性能最優(yōu)的結(jié)論一致。
　　3.優(yōu)化設(shè)計并搭建了一臺三級行波熱聲發(fā)動機；通過理論分析和數(shù)值計算，得到了三級行波熱聲發(fā)動機的輸出阻抗特性，發(fā)現(xiàn)輸出聲阻抗虛部在107Pa·s/m3量級甚至更小，聲阻抗實部范圍約3×107～4×107Pa·s/m3范圍內(nèi)時，系統(tǒng)輸出聲功能力及熱聲效率均較高，單級最高聲功率為4006W，熱聲效率為28.2