热声驱动的脉管制冷系统研究

论文摘要

热声发动机利用热声效应,可实现从热能到声功的转换。用热声发动机取代常规的机械式压缩机来驱动脉管制冷机,可实现整个系统的完全无运动部件运行,是一种极具潜力的新型制冷方案。从1990年Swift和Radebaugh等人首先提出这个概念以来,热声发动机驱动脉管制冷机系统成为该领域的研究热点。 本文首先介绍了研究的背景和意义,简要回顾了热声系统的发展历史,并从定性和定量上对热声系统的原理进行了简单论述。本文提出了三种评价系统效率的方法,推荐采用(火用)效率对系统效率进行综合评价,这对系统的性能改善以及实用化研究具有一定的参考价值。 本文对自行研制的行波型热声发动机进行了研究,以氦气为工质,获得了1.19的最大压比,系统频率为73Hz。首次发现了外加扰动可降低热声系统起振温度的现象,并得到了实验验证,该方法对加深热声系统起振机理的认识及利用低品位热能提供了新的思路。 本文进行了热声发动机驱动脉管制冷机系统性能改进研究,获得了80.9K的最低制冷温度,这是当前该领域获得的最好结果之一。并对该热声发动机进行了声功测量,获得了122W的最大声功输出,为以后设计与该热声发动机具有良好匹配的新脉管制冷机提供了积极的指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 研究背景及意义
• 1-2 发展历史
• 1-3 本文研究工作
• 第二章 热声系统理论基础
• 2-1 热声系统工作原理分析
• 2-2 热声驱动脉管制冷系统的效率评价方法
• 2-3 本章小结
• 第三章 行波热声发动机性能研究
• 3-1 行波热声发动机装置介绍
• 3-2 行波热声发动机的氦气特性
• 3-3 外加扰动对行波热声发动机起振特性影响
• 3-4 本章小结
• 第四章 行波热声发动机驱动脉管制冷机性能研究
• 4-1 脉管制冷机结构及初步性能研究
• 4-2 热声发动机加热器改进及其驱动脉管制冷机性能研究
• 4-3 热声发动机和脉管制冷机的频率匹配研究
• 4-4 热声发动机和脉管制冷机的负载匹配研究
• 4-5 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 参考文献
• 主要科研成果
• 致谢