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多级环路热声热机的特性研究

胡建安  
【摘要】:多级热声芯环路结构的行波热声装置逐渐兴起,在低品位能源的利用方面具有独特的优势,近几年引起了愈来愈多热声研究者的关注。本文主要研究了多级热声芯环路结构热声装置的运行特性,旨在探索此类热声装置的特性规律。主要内容有:1)运用DeltaEC软件对三级环路热声热机进行了模拟,求解出了三级环路热声热机的声场及声能的沿程分布,并分析了加热温度和回热器长度对系统性能的影响。研究得出:加热温度对系统性能有一定的影响,加热温度越高,产生的声功率越大,热声转换效率也越高,但是,热声转换效率不是单调地随加热温度的增大而增高。2)运用DeltaEC软件分析了三级环路热声热机驱动制冷机的稳态性能,求解出了热机主环路和脉管制冷机支路的声场分布。发现模拟值与实验值具有合理的一致性,说明模拟方法的有效性。模拟的总?效率要略高于实验时的总?效率,这可能是由于采用的一维热声模型,忽略了一些粘性损失和热损失。同时,研究了影响系统性能的影响因素。重要结果:加热温度越高、加热量和制冷量越大,热声总?效率存在最大值;制冷温度越高、加热量和制冷量越大,热声总?效率存在最大值;3)运用DeltaEC软件对de Blok提出的低温差环路制冷机进行了性能优化,在给定工况下,变截面模型的制冷量为3.44kW,总制冷效率为15.9%;等截面模型的制冷量为0.99kW,总制冷效率为11.8%。同时,研究了热声单元参数不同对整机性能的影响。重要结果:当整机各单元参数完全相同时,各单元性能参数沿程分布呈现完全相同的状态,有利于驱动等阻抗的负载,可以提高热机的整体性能;单元参数不同将导致各单元参数沿程分布不同,进而导致各单元的热声转换效率不同,不利于驱动等阻抗的负载;当整机有负载时,各单元负载不同将导致各单元性能不同,可能高于或低于原来相同时单元的性能,但热机整体性能是下降的。


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