用于热声驱动脉冲管制冷机的新耦合机制: 声学放大器

提出了声学放大器的概念, 有意识地用一根长管来连接热声发动机与脉冲管制冷机. 理论计算表明, 合适的管长及管径可以大幅度地放大来自热声发动机的压力波动, 脉冲管制冷机从而可以获得更大的驱动压比. 在理论分析的基础上, 初步的研究也证实了压力波动的放大效果. 在平均压力2.46 MPa, 工作频率69 Hz时, 一根内径8 mm, 长2.8 m的紫铜管把来自热声发动机的压力波动幅值平均放大为2.5倍以上. 特别地, 使用1.67 kW的加热功率, 发动机的压比为1.11, 脉冲管制冷机入口的压比到达了1.32, 进而在脉冲管制冷机的冷头获得了65.7 K的温度.     

小型斯特林热声发动机谐振管内径的影响研究

基于线性热声理论, 对一台小型热声斯特林发动机进行了数值仿真, 并进行了相应的实验研究. 计算和实验结果表明, 谐振管内径的变化对于小型斯特林热声发动机的谐振频率以及性能具有十分重要的影响. 适当减小谐振管的径向尺寸, 能够有效降低整机的谐振频率, 提高系统波动压力幅值, 这对于热声斯特林发动机的小型化具有重要的指导意义. 根据计算和分析, 搭建了一台小型热声斯特林发动机, 其谐振管的长度和内径分别为350 mm和20 mm, 工作频率为282 Hz, 当充气压力为2 MPa, 加热量为637 W时, 系统最大压力峰峰值和压比分别达到了0.22 MPa和1.116, 初步具备驱动热声制冷机或者热声发电机的能力     

300 Hz高频热声驱动脉冲管制冷机

介绍了300Hz驻波热声发动机驱动脉冲管制冷机的最新进展.在前期经验的基础之上,针对驻波发动机、脉冲管制冷机以及它们之间的耦合机制进行了优化.在平均压力和加热功率分别为4.13MPa和1760W时,脉冲管制冷机的入口压比达到了1.248,并获得了69.5K的无负荷最低制冷温度,这是该频率范围的热声驱动脉冲管制冷机首次获得70K以下的低温.     

突破液氢温度的热驱动热声制冷机

提出了一种“二介质耦合声学放大器”作为热声发动机与低温脉冲管制冷机的新型耦合机构, 使其继续保持压力幅值放大的功能, 且能够在热声发动机和脉冲管制冷机之间安装弹性膜. 利用此新型耦合机构, 可以使热声发动机以氮气为工作介质获得较低的工作频率, 而脉冲管制冷机则可采用氦气为工作介质使其优良的低温制冷性能得到保证. 采用聚能型行波热声发动机驱动, 最终使一台两级脉冲管制冷机获得了18.7 K的无负荷温度, 使热驱动的热声制冷机突破了液氢温度.     

热声振荡器的二端口网络模型及起振条件

热声发动机的起振过程是发生在非均匀声介质中的自激振荡过程, 揭示各影响因素之间的耦合关系是热声学基础研究的重要课题. 将热声发动机视为由主动网络与被动网络组成的热声振荡器. 相应地, 推导了组件对应的二端口Y参数, 采用负阻模型和反馈模型分别描述了驻波和行波热声发动机, 并给出了对应的二端口网络拓扑, 应用Nyquist失稳判据获得了热声振荡器的起振条件. 模型预测的起振参数, 特别是起振频率及模态特征与文献实验报道相符; 此外, 通过拓扑图论证了驻波热声发动机起振于负阻状态、热声——斯特林发动机存在高频模态. 该方法通过考察热声系统的频域响应, 实现了以解析方式反映发动机运行参数和系统结构对起振模态、起振温度的影响; 能避免使用经验频率设计热声系统, 在系统设计阶段提供热稳定性校核的途径.     

百瓦级行波热声发电机实验样机研究

报道了一种行波热声发动机驱动直线发电机产生电能的实验研究. 在原理实验中, 当热声发动机工作压力为2.5 MPa、谐振频率为64 Hz, 且压力振幅为0.2 MPa时, 该直线发电机可输出100 W以上的电能.     

热声发动机及其驱动脉管制冷机研究进展

热声驱动脉管制冷作为一种可用热能驱动的完全无运动部件的新型制冷方案已成为制冷与低温领域的研究热点. 回顾了热声学的发展历史, 针对热声发动机及其驱动脉管制冷机研究中的关键技术, 综合评述了热声学理论和实验研究的最新进展与典型样机, 并指出了该研究领域今后的发展方向和工业应用的前景.     

突破液氮温度的完全无运动部件热声制冷机

脉冲管制冷机因为无低温下运动部件在小型低温制冷机研究领域倍受关注,热声发动机则利用热能产生自激振荡输出声功而无需任何运动部件,也是近年来国际研究的热点．如果两者成功耦合在一起则能形成完全无运动部件的低温制冷机,在可靠性、造价以及利用热源等方面具有无可比拟的优越性,可以应用在很多重要的场合,长期以来受制于热声发动机所能获得的压力波动大小,     

基于多燃烧控制技术的灵活燃料发动机

提出了一种柴油机燃烧控制策略, 主要运用内部废气再循环(internal exhaust gas recirculation, EGR)技术、分段喷射技术、可调供油提前角技术和使用代用燃料, 大幅降低柴油机碳烟和氮氧化物的排放. 根据该燃烧控制策略, 研制了一台灵活燃料发动机. 实验表明, 该发动机可以燃用柴油、乙醇和碳酸二甲脂(DMC)等燃料. 它的碳烟排放很低, NO_x排放下降, 而HC和CO排放可以维持在较低水平; 在中、高负荷时, 发动机燃用代用燃料时的有效热效率比燃用柴油时的有效热效率提高2%~3%. 使用该发动机, 既可以使排放大幅降低, 又可以解决不易压燃的代用燃料在柴油机上的应用问题.     

基于低品位热源的两相热压缩机初步实验

两相热压缩机利用热源驱动,通过活塞的往复运动,使两相工质在热腔和冷腔中来回穿梭,伴随气液相变形成压力波动.它采用低沸点工质,具有驱动温差小、压比大等突出优点,可以利用低品位热源,如废热、太阳能等.自行设计研制了基于低品位热源的两相热压缩机,初步研究了以正己烷为工质的热压缩机系统性能.该压缩机在0.1,0.2和0.3Hz频率下运行时,压比均保持在5以上,且加热功率小于120W.这对有效地利用低品位热源实现热功转化有着重要意义.     

斯特林型脉管制冷机中的回热器温度不均匀性研究

回热器是脉管制冷机和热声热机中的最关键部件之一. 当回热器由中小功率放大到大功率时, 其内垂直于声传播方向的热力和水力联系变弱. 在这种情况下, 任何的非对称因素都可能在制冷机或发动机的回热器内引发严重的不稳定性问题, 从而降低制冷机或发动机的性能. 对一台大功率二级热耦合U型斯特林脉管制冷机进行了实验研究, 通过对中间换热器和回热器周向温度分布进行测量, 发现了一种由级间预冷不对称性引起的回热器温度不均匀性. 观察发现, 回热器周向的温度不均匀性源于第二级回热器的中间换热器, 之后, 这个温度不均匀性在回热器中以内部直流的形式自行放大, 最大径向温差可达30~40 K. 在对第一级冷头外加热负荷并逐步增大热负荷直至把第一级的预冷效应转变为加热效应的过程中, 回热器内的温度不均性逐渐变弱, 最后其方向发生逆转. 本研究证明了在大功率回热式热机中保持换热器加热或冷却作用周向均一的重要性.     

500W行波热声发电样机的实验研究

在前期的理论与实验的基础上, 设计制作了一台行波热声发动机及一台直线发电机.以氦气为工质, 在平均压力为3.54 MPa、工作频率为74 Hz 工况下, 以15.03%的最大热电转换效率获得了450.9 W 的电功、以12.65%的热电转换效率获得了481.0 W 的最大输出电功.     

采用锥形谐振管的高压比聚能型热声发动机

在一定的条件下, 热可以自发地产生声音, 这就是热致声现象. 热声现象的发现已有200百多年的历史, 但是, 基于热声效应的高能量密度热声器件的研究和开发则是最近十几年的事. 热声器件使用惰性气体、没有机械运动部件, 因此, 具有完全环保和高度可靠等突出优点. 随着研究工作的深入, 热声器件的转换效率也得到了极大的提高, 并有望赶上甚至超过一些传统热力机械, 显示出极大的发展潜力和广泛的应用前景[1]. .......     

发动机异响诊断系统的构建

基于声信号的异响分析法是发动机故障诊断方法中唯一的非接触诊断方法,虚拟仪器技术经过二十多年的发展,已经在测控领域得到了广泛的应用.文章提出了以虚拟仪器为开发平台,可将发动机声信号的测量、分析以及诊断专家系统相结合的发动机故障诊断模式.     

热子气-气体和金属中热量传递的载体

热子气可以认为是热传导的主要载体, 是热量传递的载体. 类似于介电体中晶格振动能量量子化定义的声子, 大量的声子组成了声子气. 在气体和金属中则可以根据无规则运动的分子和电子所具有的能量定义热子, 大量无规则运动的热子就组成了热子气. 热子和声子、光子一样都没有静止质量, 但是热子的动质量可以连续变化, 即热子是非量子化的准粒子. 热子气在一定温度梯度驱动下的定向运动就形成了热流. 根据Einstein质能关系可以得到热子的质量为m_h=E/c², 即热能除以光速的平方. 热子气是具有真实质量的可压缩流体, 根据气体动力学原理, 并结合理想气体和金属中电子气的统计规律分别得到了两种体系中热子气的状态方程, 通过流体力学分析方法进一步推导出热子气的动量守恒方程, 它是具有阻尼的波动方程, 也就是普适导热定律. 基于热子气概念得到的普适导热定律可以用于定量研究由于热惯性作用而导致的极端条件下的非Fourier导热现象, 例如在超快速激光加热实验中出现的热波现象. 在通常情况下当热质惯性力作用可以忽略时普适导热定律将退化为Fourier定律. 利用两阶精度的有限差分格式, 计算了超快速飞秒激光加热金属薄膜条件下普适导热定律的热波解, 结果显示热波传递的波动性会随着热子气运动惯性作用的增强而增强.     

92 K热声驱动脉管制冷机

1990年Radebaugh和Swift等人采用热声发动机代替常规机械压缩机驱动脉管制冷机,建成了完全无机械运动部件、可实现长期稳定运行的低温制冷机,引起了人们的兴趣．由于热声驱动脉管制冷机可采用太阳能集热或燃气等作驱动源,对于电能短缺而热能富集的场合具有实用意义,例如一可能的应用场合是用于液化天然气,即以燃烧天然气为驱动热源,用制取的制冷量来液化其余的天然气,目前相关的研发丁作受到极大的关注。     

21世纪的发动机

内燃发动机是最大量的一种热力发动机,其总功率超过世界全部电站的总功率.全球开采的液体燃料,有一半以上用于这种发动机,但很可惜,转化为有用功的燃料能量不到30～40%,同时放出一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等90%左右的有害废气.现在,已经制成了功率为20至500千瓦的各种类型的热力发动机——强制点燃式(汽化器发动机及燃气发动机)及压     

发动机异响诊断系统的构建

基于声信号的异响分析法是发动机故障诊断方法中唯一的非接触诊断方法,虚拟仪器技术经过二十多年的发展,已经在测控领域得到了广泛的应用。文章提出了以虚拟仪器为开发平台,可将发动机声信号的测量、分析以及诊断专家系统相结合的发动机故障诊断模式。     

Analysis of the LF507-1H engine hot parts damage

文章介绍了LF507-1H型航空发动机的基本构造和特点,重点分析了该发动机在实际工作中常见热部件损伤的原因和预防方法.     

航空发动机整流罩新型防冰方法

在一定的飞行条件和气象条件下,航空发动机的进气部件会出现结冰现象,导致发动机性能恶化甚至危及安全.目前,防止发动机结冰的方法主要包括压气机热气防冰和电加热防冰,不可避免地要消耗用于做功的高压空气或高品位电能.本文开展利用发动机废热防止整流罩结冰的高效低能耗的新型防冰方法研究.提出了一种旋转整流罩热管防冰系统结构,建立了描述旋转整流罩热管防冰系统流动与传热现象的数学模型与设计方法,研制了典型旋转整流罩热管防冰系统原理样机;系统地开展了旋转整流罩热管防冰系统性能的数值模拟和冰风洞条件下样机防冰性能的实验验证,分析研究了发动机转速和传热量等因素对发动机整流罩热管防冰系统性能的影响.结果表明,本文建立的旋转整流罩热管防冰性能模型可以较好地预测防冰系统的性能,建立的防冰样机满足设计气象条件下的防冰要求,证明了旋转整流罩热管防冰技术的可行性.