热声驱动脉管制冷特性的理论与实验研究

论文题目: 热声驱动脉管制冷特性的理论与实验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 制冷与低温工程

作者: 汤珂

导师: 陈国邦

关键词: 热声学,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: 热声驱动脉管制冷机由于从室温到低温完全无机械运动部件,有望成为稳定可靠的长寿命低温制冷机,倍受学术界和工业界的关注。为了进一步探索热声发动机与脉管制冷机的联合运行机制,降低热声驱动脉管制冷机的制冷温度,本文针对以下几个方面开展了理论和实验研究工作:1.热声发动机的数值模拟与性能分析利用线性热声理论建立了驻波型热声发动机数值模拟,编制了模拟计算程序,根据计算结果,分析了水冷却器长度、谐振管长度和直径、缓冲器体积对热声发动机性能的影响,为热声驱动脉管制冷机的实验优化提供了理论指导。2.热声驱动阻容负载的数值模拟与性能分析利用线性热声理论对热声驱动阻容负载进行了数值模拟,根据模拟计算结果分析讨论了阻容负载的阻抗,热声发动机谐振管的长度和直径、缓冲器的体积等结构参数以及加热功率和工作压力等操作参数对热声驱动阻容负载性能的影响,初步总结了热声发动机与阻容负载的耦合关系。3.热声驱动脉管制冷特性实验研究根据模拟计算结果,对热声驱动脉管制冷机进行了实验优化。重点优化了脉管制冷机的小孔阀和双向进气阀开度,改进了热声发动机的水冷却器、丝网板叠以及谐振管的结构参数。采用改进后的水冷却器和丝网板叠以及长度为8m的谐振管,以氦气作为工质,在2.1MPa充气压力,2200W加热功率,小孔阀300°和双向进气阀405°条件下,热声驱动脉管制冷机实现了88.6K的无负荷制冷温度,突破了原有由美国国家标准与技术研究院和Los Alamos国家实验室联合报道的90K无负荷制冷温度。并且,在实验研究中发现,双向进气阀对热声驱动脉管制冷机的起振温度具有重要影响,关闭双向进气阀可显著降低热声系统的起振温度。采取在双向进气阀关闭状态启动热声发动机加热器,系统起振后再打开双向进气阀至优化开度的操作方式,既不影响脉管制冷机正常降温,又可实现较低的起振温度,有利于利用低品位热能作为驱动热源。4.二级Stirling型脉管制冷特性实验研究分析讨论了多级脉管制冷机级间耦合方式,

论文目录:

摘要

ABSTRACT

符号表

第一章绪论

1.1 热声驱动脉管制冷机的研究意义

1.2 脉管制冷机的研究进展

1.2.1 脉管制冷机的实验研究进展

1.2.2 脉管制冷机理的理论探索

1.3 热声发动机的研究进展

1.3.1 热声发动机的实验研究进展

1.3.2 热声转换机理的理论探索

1.4 热声驱动脉管制冷机的研究进展

1.5 本文的主要工作

第二章热声发动机的数值模拟与性能分析

2.1 热声发动机数值模拟与计算

2.2 热声发动机数值模拟计算结果与性能分析

2.2.1 水冷却器长度对热声发动机性能影响分析

2.2.2 谐振管长度和直径对热声发动机性能影响分析

2.2.3 缓冲器体积对热声发动机性能影响分析

2.3 本章小节

第三章热声驱动阻容负载的数值模拟与性能分析

3.1 热声驱动阻容负载数值模拟与计算

3.2 热声驱动阻容负载数值模拟计算结果与性能分析

3.2.1 阻容负载阻抗对热声驱动阻容负载性能影响分析

3.2.2 谐振管长度和直径对热声驱动阻容负载性能影响分析

3.2.3 缓冲器体积对热声驱动阻容负载性能影响分析

3.2.4 加热功率和工作压力对热声驱动阻容负载性能影响分析

3.3 本章小结

第四章热声驱动脉管制冷特性实验研究

4.1 热声驱动脉管制冷机实验装置简介

4.1.1 热声发动机系统

4.1.2 脉管制冷机系统

4.1.3 真空系统

4.1.4 测量系统

4.2 热声驱动脉管制冷机实验结果与性能分析

4.2.1 脉管制冷机小孔阀和双向进气阀开度优化

4.2.2 夹套式水冷却器丝网填料改进

4.2.3 丝网板叠填充率优化

4.2.4 谐振管长度对热声驱动脉管制冷机性能影响分析

4.2.5 热声驱动脉管制冷机的降温曲线与制冷量曲线

4.2.6 小孔阀和双向进气阀对热声驱动脉管制冷机起振温度的影响

4.3 本章小结

第五章二级Stirling型脉管制冷特性实验研究

5.1 多级脉管制冷机的级间耦合方式

5.2 二级Stirling型脉管制冷机实验装置简介

5.2.1 压缩机系统

5.2.2 脉管制冷机系统

5.2.3 真空系统

5.2.4 测量系统

5.3 二级Stirling型脉管制冷机实验结果与性能分析

5.3.1 工作频率对二级Stirling型脉管制冷机性能影响分析

5.3.2 工作压力对二级Stirling型脉管制冷机性能影响分析

5.3.3 热桥传热特性对二级Stirling型脉管制冷机性能影响分析

5.3.4 二级Stirling型脉管制冷机的降温曲线与制冷量曲线

5.4 热声驱动二级Stirling型脉管制冷机性能预测

5.5 本章小结

第六章全文总结

参考文献

附录一：作者攻博期间发表(投稿)论文目录

附录二：参与科研项目、申请专利、科研成果、获奖与荣誉称号

附录三：热声驱动的脉管制冷机研究成果鉴定意见

致谢

发布时间: 2005-10-08

参考文献

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[5].热声发动机自激振荡过程及热声转换特性研究[D]. 余国瑶.中国科学院研究生院（理化技术研究所）2008
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[7].热声驱动器及其驱动的脉管制冷研究[D]. 金滔.浙江大学2001
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热声驱动脉管制冷特性的理论与实验研究

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