小型行波熱聲發(fā)動機(jī)的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、將熱聲發(fā)動機(jī)（壓縮機(jī)）用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械壓縮機(jī)驅(qū)動脈管制冷機(jī)或利用熱聲逆效應(yīng)驅(qū)動熱聲制冷機(jī)，組成了一套具有突出優(yōu)點(diǎn)的制冷系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單，沒有任何運(yùn)動機(jī)械部件，消除常規(guī)機(jī)械制冷中的摩損，可靠穩(wěn)定；可采用對環(huán)境友好的工質(zhì)，符合人們共同保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)展要求；造價合理低廉，無需精密加工；可利用太陽能、工業(yè)廢熱等低品位熱源，改善了能源利用的效率，尤其對于發(fā)展中國家偏遠(yuǎn)山區(qū)缺少電力設(shè)施但太陽能充足的地區(qū)的開發(fā)有積極意義。小型化后的行波熱聲發(fā)動機(jī)，工作

2、頻率很高，甚至達(dá)到上千赫茲，增加了系統(tǒng)中粘性耗散損失；若不采用額外放大聲功的外部措施，發(fā)動機(jī)本身產(chǎn)生的壓力振幅仍然偏?。黄鹫駵囟热匀黄?，且運(yùn)行過程中易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，降低系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性。本論文針對行波熱聲發(fā)動機(jī)小型化后存在的上述問題開展研究，目的是提升小型行波熱聲發(fā)動機(jī)的綜合性能。本論文主要包括以下幾個部分：
　　1)以線性熱聲理論為基礎(chǔ)，采用DeltaEC軟件對小型行波熱聲發(fā)動機(jī)建立了模型，數(shù)值模擬分析了各個熱聲部件及操作

3、參數(shù)等對發(fā)動機(jī)性能的影響規(guī)律。提出了小型行波熱聲發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，對其工作頻率，加熱溫度和壓力振幅最有影響的聲學(xué)部件是：諧振管，諧振腔，其次是聲容和回?zé)崞?。聲容和回?zé)崞魈幱诃h(huán)路中，其結(jié)構(gòu)尺寸不易調(diào)整，諧振管和諧振腔在改善發(fā)動機(jī)性能方面有更大的潛力。
　　2)在數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計并搭建了一臺小型熱聲行波發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺，總長小于1.5m，總高小于0.5m，諧振管長1m。實(shí)驗(yàn)研究了不同工質(zhì)，加熱功率，充氣壓力等操作參數(shù)，以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對

4、熱聲發(fā)動機(jī)的起振溫度，壓力振幅，工作頻率，聲場分布等性能的影響。通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)合，更明確提出了最方便顯著改善小型行波熱聲發(fā)動機(jī)性能的部件是諧振管和諧振腔，并對此進(jìn)行了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究，用氦氣作工質(zhì)時，工作頻率降到了90Hz，起振溫差降到了198.2K，且在1-2.5MPa內(nèi)該起振溫差值變化不大，利于發(fā)動機(jī)在更廣的充氣壓力范圍內(nèi)容易起振，在加熱功率800W，平均壓力0.8MPa時，壓比達(dá)到1.108。在上述基礎(chǔ)上提出未來可實(shí)現(xiàn)更佳性能的

5、設(shè)計方案，進(jìn)一步降低頻率，提高壓力振幅。
　　3）實(shí)驗(yàn)研究了影響周期性起消振現(xiàn)象的主要因素，提出了平均壓力，加熱功率和工質(zhì)種類是影響該現(xiàn)象發(fā)生的主要因素。對于氦氣工質(zhì)，平均壓力位于起振溫度曲線右支高壓區(qū)域時，易發(fā)生周期性起振消振現(xiàn)象。另外，還對小型行波熱聲發(fā)動機(jī)中的耗散進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)直流的存在給副室溫端冷卻器帶來了大量熱負(fù)荷，對小型行波熱聲發(fā)動機(jī)性能造成了不利的影響。
　　4)將小型行波熱聲發(fā)動機(jī)與一臺微型同軸脈管制冷