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5000Hz级热声制冷样机的研究与设计

丁琦  
【摘要】:热声制冷机无运动部件、结构简单、工作寿命长并且可以通过提高工作频率来减小装置尺寸,因此,作为一种新型的制冷装置,热声制冷机在电子元器件的散热方面具有广泛的应用前景。在国内,对于高频的热声制冷机的研究还较为缺乏,本文将热声制冷机的工作频率提高到5000Hz,进行了高频热声制冷机的理论基础、谐振管的声腔模态、样机内流场、温度场等研究工作以及样机的研制和实验的验证:1.以线性热声理论为基础,从声学、热力学以及动力学角度研究了热声制冷机的工作原理,分析并总结高频热声制冷机的研究难点。2.进行了半波长驻波型热声制冷机的结构参数分析,利用无因次化的方法对板叠的长度和中心位置2个参数进行了数值优化,从理论上提高了热声制冷机的制冷性能。3.对谐振管声腔模态进行研究分析,确定该样机的基频为5012.57Hz,截止频率为7308.55Hz。4.研究热声制冷机内的流场、温度场分布情况,结果表明,谐振管中压力与速度的相位差始终维持在90。,声功损耗主要集中在回热器上,在板叠间隙中,由于气体的粘滞性,造成靠近固体处的速度接近于零,气体沿固体形成温度梯度,温降约为15K。5.组装实验样机,进行样机制冷性能的测试实验,实验结果表明,在工作频率为5012.57Hz,平均气压为0.1MPa,平均室温为15℃的工况下,该实验得到的冷热端最大温差为3K,最大温降为1.5K。


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