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燃气驱动的行波热声发动机输出性能实验及斯特林型脉管制冷机设计

董绍鹏  
【摘要】:热声热机是一种全新的动力机械,它没有机械运动部件,采用惰性气体为工质,具有结构简单、无污染、可靠性高、寿命长等优点。由热声发动机驱动的制冷系统,在低温和普冷领域有着巨大的商业应用前景。 本文首先回顾了热声热机的发展历史和研究现状,并对热声效应的基本原理进行了简要论述。在此基础上,阐述了热声系统中两种重要的能量形式:声功和总能流,得到了它们的可用公式。 本文随后介绍了燃气驱动热声发动机的实验装置并对燃气驱动的热声发动机的输出特性进行了实验研究。当以氮气为工质,在充气压力2.4MPa,气库容积750ml,燃气流量0.671m~3/h(折合加热功率约为19kW),获得了250.3W的声功输出,这是自开展声功测量以来获得的最大输出声功。本文首次采用两个气库分别从发动机上不同位置同时引出声功。当阀门开度最大时,声容处(3035ml气库)输出109.2W,谐振管(750ml)上输出61.6W,总计170.8W的声功,较只使用一个气库输出的声功大。这为我们采用多路引出方式获得更大声功提供了依据,也为热声发动机驱动两级甚至多级脉管制冷机提供了参考。 本文还介绍了脉管制冷机的设计准则及方法。基于Regen3.2软件自行设计了一台热声发动机驱动的斯特林型脉管制冷机,可望在天然气液化点附近获得较大的制冷量。


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