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行波型热声发动机的研制及实验研究

张武  
【摘要】: 热声发动机是将热能转化为声能的装置,它结构简单,没有运动部件,运行可靠,寿命长,无污染,且可利用太阳能、废热等低品位能源为动力。行波型热声发动机具有比驻波型热声发动机更低的起振温度、更高的热功转化效率,从而引起国内外同行的普遍关注。 本文简要介绍了行波型热声发动机的研究意义和发展历史,回顾了热声理论的发展历程,介绍了流体网络理论及其在热声发动机模拟和计算中的应用,并就热声起振机理进行了详细的分析和解释。 自行设计并搭建了一台行波型热声发动机,且利用图形化的编程语言LabVIEW进行了计算机数据采集的辅助工作,大大提高了实验数据的精确度和可靠性,并以氮气为工质进行了初步实验。 实验结果表明,该系统具有起振温度低的突出优点,即使充气压力为1.5MPa,加热温度达到237℃时就能起振。在充气压力为0.9MPa的条件下,该热声发动机最大压比可达1.21,远高于驻波型热声发动机,实验结果和理论分析均表明系统的工作频率为25Hz左右,实验装置的谐波比例非常小,且也没发现频率跳变等现象。实验中还观察到了直流现象,气体从回热器热端向冷端运动,造成大量的能量浪费,通过改进喷射泵结构可以有效抑制直流。


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