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斯特林热声发动机的理论与实验研究

谭永翔  
【摘要】:热声发动机利用热声效应,实现热能到声功的转换,以压力波动的形式产出机械功。它与常规机械式压缩机最大的不同在于没有机械运动部件,具有结构简单、运行可靠、工作时间长等优点。因此,热声发动机是极具发展前途的新型热机。 本文回顾了热声发展的历史,介绍了线性热声理论,重点论述了热声中的直流现象,包括:直流的产生机理,直流的种类,直流的抑制手段,直流的积极利用。 直流问题是本文的重点。具有环路的斯特林热声发动机引入了反馈回路,实现了行波相位的热声转换,获得了较高的热声转换效率。然而,环路的拓扑结构使得声场中直流的产生成为可能。直流的出现将严重制约了热声发动机的性能。本文以温度和压力测量作为重要实验手段,研究了直流与热声发动机温度分布之间的关系,直流与压比、热声转化效率、声功输出性能之间的关系。指出有效抑制直流能大幅度提高热声发动机的压比和声功输出,加热温度514℃时无负载压比高达1.206,加热功率2700W时最大输出声功约200W,声功输出能力提高近100%,(?)效率提升近90%。基于焓流理论,对直流的强度进行定量分析。本工作对于斯特林热声发动机中直流的深入研究具有重要指导意义。 热声发动机作为声功输出装置,必须为用户输出声功,才真正具有实用意义。因此,本文在理解直流的基础上,还研究了斯特林热声发动机声功输出特性,考察了不同负载、声功传输装置、声功输出口的改变对热声发动机声功输出的影响,以更全面地揭示热声发动机性能。


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