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热声循环的有限时间热力学优化

何秋石  
【摘要】:热声技术是最近几十年被世界各国研究学者广泛关注并研究的一种全新的技术。而热声热机则是一种利用热声技术(即热与声之间的相互转换的现象)来实现热功转换的新型装置。与此同时,随着热声理论的不断进步与完善,热声技术的发展前景明朗,应用前景广阔,在我们所熟知的高温超导,微电子甚至航空航天领域均有涉及与应用。本文在前人的研究基础上,以包含直线过程的热声微循环为研究对象,利用有限时间热力学的方法,对热声热机与热声制冷机回热器板叠中发生的热声微循环进行优化,考虑了循环内在与外在的影响因子对装置性能的不利影响,分析了各参数与性能之间的相互关系。文章的主要研究内容包括以下几点:1、分析与研究了热声发动机的热声微循环过程与性能。内容分为两部分:第一部分通过建立包含直线过程的热声微热力学循环模型,对热声微热力学循环过程作了简要描述与分析,并利用有限时间热力学的方法优化了此循环下的发动机的无量纲输出功、循环声功率、循环效率等一系列的目标函数;第二部分是,考虑热声系统的内外不可逆性,引入热漏量与内不可逆程度因子,对热声微热力学循环的不可逆因素做一个较为系统的分析与优化。得出了热声发动机不同目标函数与各影响参数之间的优化关系与特性曲线。2、分析与研究了热声制冷机的热声制冷微循环过程与性能。内容同样分为两部分:第一部分研究内容大致同于第一章节热声热机,但此章节引入了一个新的Z目标函数来研究热声制冷机的效率与制冷率之间的关系,同样的此章节也对热声制冷微循环过程作了简要描述与分析,利用有限时间热力学的方法对内可逆与不可逆的热声制冷微循环进行了优化分析,得出了热声制冷机不同性能函数与相关影响参数之间的优化关系和影响曲线。3、利用实验室新研制的双声源热声制冷机实验装置对双声源热声制冷机进行了一系列的实验,主要研究了回热器两端制冷温差与其他相关参数的特性关系,测试了充气压力、回热器填料和声波发生器振动频率对制冷温差的影响效果,得出了最优的丝网目数以及与最大制冷温差相对应的最佳相位差。


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