论文题目: 行波热声发动机及其驱动的脉管制冷机研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 制冷与低温工程
作者: 孙大明
导师: 陈国邦,邱利民
关键词: 热声效应,热声发动机,脉管制冷机
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 热声机械以其潜在高效率、结构简单、运行可靠和工质环境友好等显著优点引起了广泛关注。热声发动机以热能为动力，可以利用工业废热、太阳能等低品位热源，可望在天然气液化、石油伴生气的液化与分离、电子元器件冷却等领域获得应用。为了进一步提高热声发动机的驱动能力，优化热声发动机与脉管制冷机的匹配，本文以研制高效率行波热声发动机、探索利用低品位能源的有效途径、寻找提高热声发动机驱动能力的方法、研究热声发动机驱动脉管制冷系统获得深低温的可能性为工作重点，开展了以下研究工作： 1，建立了行波热声发动机数学模型 在前人理论研究的基础上，提炼出行波热声发动机的完整数学模型，给出了该模型的假定条件和定解条件。尽管该模型建立在线性热声理论的框架内，没有考虑直流问题和高阶参数，但已可以涵盖目前在热声领域内遇到的大部分问题。基于该数学模型的简化形式，利用传输矩阵法对行波热声发动机的工作频率进行了数值计算，发现谐振管长度、谐振管直径和谐振腔容积等结构参数对行波热声发动机工作频率的影响比操作参数大，从而为优化热声发动机与脉管制冷机之间的频率匹配奠定了理论基础。 2，研制了一台行波热声发动机 设计和搭建了一台目前国内最大的行波热声发动机系统，设计输入功率为6000 W。在搭建该实验台的过程中，作者设计制作了具有自身特点的热声发动机核心部件：加热器和环路热应力消除装置。初步的实验结果显示，该发动机具有较高的热声转换效率和单频特性，以氮气为工质，在充气压力为0.9MPa时，达到1.21的最高压比；以氦气为工质，在充气压力为2.0 MPa时获得1.19的最大压比，这是当时处于国际前列的实验结果。 3，提出采用外加压力扰动降低热声发动机起振温度的新方法 实验证明，该方法可以有效降低热声发动机的起振温度，在充气压力为0.91 MPa时，加入扰动后起振温度
论文目录:
摘要
Abstract
目录
主要符号表
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 热声效应及其主要理论
1.3 驻波热声发动机的研究历程
1.4 行波热声发动机的研究历程
1.5 热声制冷系统的研究历程
1.6 单级脉管制冷机的研究历程
1.7 本文的研究工作
第二章 热声理论
2.1 引言
2.2 热声效应原理
2.3 热声发动机和热声制冷机工作原理
2.3.1 热声发动机
2.3.2 热声制冷机
2.4 行波与驻波热声发动机的区别
2.4.1 声学角度的区别
2.4.2 热力学角度的区别
2.5 本章小结
第三章 行波热声发动机的数学模型
3.1 引言
3.2 通用数学物理方程
3.3 通用数学物理方程的热声简化
3.4 热声热机中无源部件控制方程组的推导
3.5 热声热机中有源部件控制方程组的推导
3.6 行波热声发动机的整机数学模型
3.7 行波热声发动机工作频率的计算
3.8 本章小结
第四章 热声发动机的研制及初步实验研究
4.1 引言
4.2 行波热声发动机的研制
4.2.1 热声发动机实验台的总体结构
4.2.2 加热器的设计与校核计算
4.2.3 冷却器的结构设计与制作
4.2.4 测量系统
4.3 初步实验研究
4.3.1 以氮气为工质的实验结果
4.3.2 以氦气为工质的实验结果
4.4 本章小结
第五章 降低热声发动机起振温度的研究
5.1 引言
5.2 实验装置和方法
5.3 实验结果
5.3.1 起振和消振滞后回路的比较
5.3.2 起振、消振动态过程比较
5.3.3 结果讨论
5.4 本章小结
第六章 热声发动机环路直流抑制研究
6.1 引言
6.2 Gedeon直流的引发机制
6.3 Gedeon直流对行波热声发动机的影响分析
6.4 实验装置和实验方案
6.5 实验结果
6.5.1 回热器和热缓冲管的轴向温度分布
6.5.2 热声发动机性能的改善
6.5.3 发动机声功输出能力的提高
6.6 本章小结
第七章 热声驱动的脉管制冷系统研究
7.1 引言
7.2 热声发动机驱动脉管制冷机的初步实验研究
7.3 对加热器和回热器进行改进后的实验结果
7.4 频率匹配
7.4.1 谐振管长度对工作频率的影响
7.4.2 谐振管直径对工作频率的影响
7.4.3 不同谐振管长度下加热功率、最大压比的变化情况
7.5 脉管制冷机的降温过程
7.6 本章小结
第八章 全文总结与展望
8.1 全文总结
8.2 本文的创新点
8.3 展望
参考文献
附录A 不同流道的粘性和热分布函数
附录B 攻博期间的研究成果
附录C 参与科研项目、获奖和荣誉称号
附录D 热声驱动脉管制冷机研究成果鉴定
附录E 研究成果获奖证书
致谢
发布时间: 2006-11-22
参考文献
- [1].小型行波热声发动机的设计与实验研究[D]. 陈茂.上海交通大学2015
- [2].环路行波热声发动机声阻抗匹配的机理与优化研究[D]. 杨睿.浙江大学2017
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