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热声驱动的脉管制冷实验研究

孔博  
【摘要】:热声驱动器是一种与常规机械式压缩机完全不同的新型驱动器,它没有机械运动部件,可使用低品位能源,具有结构简单、运行可靠、无维修工作时间长等优点。采用热声驱动器取代常规的机械式压缩机来驱动脉管制冷机完全取消了运动部件,是一种新型的颇具潜力的制冷方案,有望成为一种长寿命的低温制冷机。 本文首先回顾了热声机械的历史及现状,详细介绍了热声学理论基础,重点开展了以下研究工作: 1.对实验装置的数据采集系统进行了改进,完全实现了温度与压力的自动测量、数据的实时分析显示以及自动保存。 2.采用黄铜和不锈钢两种丝网板叠进行了热声驱动脉管制冷的对比实验,表明黄铜丝网板叠的热声转换性能明显优于不锈钢丝网,然后采用定压比热容与热渗透深度以及密度乘积来衡量材料的横向传热性能,在理论上为实验结果找到了依据。 3.采用夹套式和壳管式两种水冷却器进行了热声驱动脉管制冷的对比实验。由于壳管式水冷却器总流动阻力大于夹套式水冷却器,虽然壳管式水冷却器的传热性能优越,但系统整体性能较差。利用单向流动近似的方法分别对夹套式和壳管式水冷却器流阻和热阻进行了深入分析,为它们的进一步改进指明了方向。提出了添加导流片以降低壳管式水冷却器流阻的方法,并进行了初步的实验探索。 4.针对原有的热声驱动脉管制冷机实验装置,进一步优化了小孔阀和双向进气阀的丌度,获得了115.4K的最低制冷温度。我们还发现通过调节脉管制冷机双向进气阀,使系统的起振温度从560℃降低为370℃,为低品位能源的利用创造了条件。 最后对本课题研究给出了全文总结。


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