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驻波型气—液耦合振动热声发动机理论与实验研究

雷田  
【摘要】:热声发动机是一种将热能转化为机械能的热机,可用于驱动脉管制冷机和线性发电机等。研究表明,降低谐振频率和增大压力振幅是提升热声发动机驱动脉管制冷机性能的重要途径。传统热声发动机一般单纯采用气体或者液体作为工质,其谐振频率较高。为此,本文拟向单纯采用气体作为工质的热声发动机中引入液柱,综合利用气体的可压缩性声容和液体的高密度质量惯性声感,形成气-液耦合振动热声系统,以强化声振荡,同时降低其谐振频率,可在相对较小的系统尺寸下实现10Hz的低频运行。为了研究气-液耦合振动对热声发动机性能的影响并总结相关规律,本文从理论分析和研究研究两个方面出发具体开展了如下工作: ].采用声电类比理论定性地分析了气-液耦合振动降低热声发动机谐振频率和强化声振荡的机理,初步探究气-液耦合振动对热声发动机的影响。 2.针对一台驻波型气-液耦合振动热声发动机,采用经典热声理论建立该热声发动机的集总参数和分布参数模型,模拟分析了液柱长度、气相工质、液相工质、平均工作压力和加热功率等结构参数和运行参数对该热声发动机的起振温度、谐振频率和压力振幅等性能参数的影响,为开展实验研究作参考和指导。 3.在理论分析的基础上,搭建了一台驻波型气-液耦合振动热声发动机实验装置;选用不同的气体工质和液体工质开展实验,研究上述结构参数和运行参数对热声发动机性能的影响,并验证上述理论分析的合理性。


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