热声热机热力学循环模型分析与微小型热声制冷机设计

论文题目: 热声热机热力学循环模型分析与微小型热声制冷机设计

论文类型: 博士论文

论文专业: 动力机械及程

作者: 张富珍

导师: 姜任秋

关键词: 热声热机,介观尺度,热力学循环,小型化

文献来源: 哈尔滨工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 热声热机是一种新型热机,由于其少或无运动部件,因而使热机小型化成为可能;所用工质为天然工质,因此克服了经典热机的环境污染问题,所以近20年来,对热声热机的研究成为热机研究一个新的亮点。对于热声效应的研究,需要热力学提供新的思路和方法,由于热声效应是热能与振动的声能之间的转换,已经超出了经典的、准静态的经典热力学的研究范围,对其研究需要热力学与动力学的有机结合。本文的主要工作是建立介观尺度的热声热机热力学循环模型以及利用热声板叠与频率的耦合特性设计出微小型化的热声制冷机。本文主要在以下几个方面作了研究: 1.周期振荡结构的热机循环的时序波型分析。热声热机是一种新型热机,其与经典热机最紧密的联系一方面是对热力学基本理论的遵循,另一方面就是二者都具有周期振荡的特点,因此本文由此入手,分析了经典热机与热声热机的时序波型,得出了实际的经典热机与热声热机都是行、驻混和波型,并没有纯粹的行、驻波结构,周期振荡结构的热机循环的压力振荡和体积振荡的相位差,体现了其p-V图上示功图的丰满程度,从而初步建立起了经典热机和热声热机之间热力学分析的桥梁。 2.热声效应是介观尺度的热力学循环,本文在局域平衡假设的前提下,对热声热机的热力学循环模型进行了探讨,得出了在热声热机中进行有效能量转换的是处于热穿透深度附近的气体微团,其进行的是多热源循环,而非斯特林循环或其它循环。在热声热机中,窄流道内的气体微团,其经历多热源的可逆循环,对于流道水力半径为几个热穿透深度的回热器中的气体微团,由于横向的热量、动量交换,为不可逆的多热源循环。 3.热声效应的实现有赖于热声板叠与气体振动的耦合作用,因此在改造设备和设计微小型化的热声制冷机之前,对热声板叠与频率的耦合进行研究是必要的。本文研究表明:对于驻波型热声制冷机,制冷目的的实现依赖于

论文目录:

第1章绪论

1．1 学科背景

1．1．1 概论

1．1．2 熵极大值与进化论的纽带

1．1．3 经典热力学与传热学的局限性

1．1．4 热声系统的耗散结构特点

1．2 工程背景

1．3 课题相关问题国内外研究的历史与现状

1．4 本文研究内容概要

第2章热机循环的时序波型分析

2．1 概论

2．2 相空间图

2．3 热机振荡是压力与容积两种振荡的耦合

2．4 稳定态的周期振荡结构的示功图

2．5 周期振荡结构的时序波型分类

2．5．1 行波声场

2．5．2 驻波声场

2．5．3 行、驻混合波

2．6 热声热机的波型分析

2．7 经典热机热力学循环的周期振荡波型分析

2．7．1 概论

2．7．2 由两个等温过程和其它两个可逆过程组成的循环

2．7．3 由两个等熵过程和其它两个过程组成的热力循环

2．8 本章小结

第3章热声热机介观尺度热力学循环模型探讨

3．1 热声回热器的流放大作用

3．1．1 热声机理的探讨

3．1．2 实验台结构参数及计算分析

3．1．3 实验分析

3．2 局域平衡假设

3．3 热声热机中气体微热力学循环模型

3．4 热量、动量传递的时域

3．4．1 概论

3．4．2 波动场中的穿透深度

3．5 不同水力半径的流道中的气体微团循环

3．5．1 概论

3．5．2 y_0>>δ_k(宽流道)的领域

3．5．3 y_0为几个粘、热穿透深度的领域

3．5．4 y0<δ_v，δ_k的领域

3．6 本章小结

第4章热声热机的频率特性研究

4．1 前言

4．2 热声热机的演化参量

4．3 热声制冷所需要的相位条件

4．4 热声板叠与频率的耦合特性

4．5 驻波谐振管中回热器的有效频率实验研究

4．6 空谐振管的频率特性

4．7 驻波型热声发动机的频率特性

4．8 热声制冷机的频率特性

4．9 环形圈加谐振管的热声发动机的频率特性

4．10 本章小结

第5章基于 DELTAE的小型化热声制冷机设计

5．1 概论

5．2 系统初步设计及分析

5．2．1 热声制冷机型式的选择

5．2．2 工质的选择

5．2．3 板叠

5．3 系统设计

5．4 系统结构图

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历

发布时间: 2005-10-21

热声热机热力学循环模型分析与微小型热声制冷机设计

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