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中高温太阳能热声装置换热器模拟和优化

杨明  
【摘要】: 热声热机因具有结构简单、无运动部件、使用寿命长、可靠性高,采用无污染工质等优点,现己经成为能源动力领域的研究热点。 在热声发动机系统中,回热器的振荡换热是沿流体通道的轴向,而加热器振荡换热主要是沿流体通道径向。目前关于加热器径向振荡换热研究的分析和数值解法还很少,在实际的加热器工程设计中大多参照定常流的关联式计算,这其实对振荡流体换热并不适用。所以本文针对加热器几何结构和工作运行条件对加热器效率的影响进行了初步研究。 本文从基本动量方程,传热方程出发,考虑热声工质的粘性,建立了通用的热声装置加热器孔道内径向振荡流传热物理模型,并将其无量纲化。在数值计算中,本文采用径向基函数神经网络逼近的方法求解传热方程中的温度,得出了等壁温孔道内流体在正弦压力作用下的径向振荡温度分布,并得出在整个模拟区域任何位置,温度都随时间作周期性波动。本文使用数值积分中的梯形公式计算出无量纲积分量Q和无量纲孔径r0 ,opt的关系,Q表示换热器几何结构对单位体积周期平均换热量的影响。由此只要选定工质,加热器长度L,压力振幅△Pmax和振荡频率f,就能确定此条件下换热最优孔径的大小,从而使整个加热器的换热效率得到优化。本文分析了加热器长度和压力振幅对最优孔径大小的影响。最后通过分析和研究压力振幅和频率对加热器换热性能影响,为研究热声发动机的工作运行条件对加热器换热性能影响提供了一种有效的方法和途径。


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