异型回热器热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS从结构动力学角度模拟分析了回热器结构的改变对热声热机的影响.在之前研究的基础上,改造了普通板叠回热器的结构,建立针束、肋片板、微坑板异形回热器模型,对包含各回热器的热声整机模型进行了结构动力学分析.分析得出,普通板叠回热器热声热机在150Hz附近谐振,而异型板叠回热器热机由于结构的改变,共振频率发生变化,在高阶模态应变到达峰值,说明了回热器的结构优化是提高热声热机性能的有效手段.     

热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS建立热声热机模型,从结构动力学角度进行模拟研究,对其进行结构静力、模态和谐响应分析。在热声系统的关键位置布置监测点,得到热声系统内部位移、应力和应变等参数随压力和频率的变化关系。研究结果表明:随着充气压力的提升,应力应变基本呈现线性增大的趋势,且峰值点一一对应。随着结构模态的提高,热声热机的应力和应变因位置的不同而存在差异;热声系统的3阶和4阶模态下固有频率接近气体介质的振荡频率;由谐振管内表面布置的监测点所得结果可知,高密度的气体介质的振荡会在回热器中产生振动激励和声激励,并作用于谐振管,使声波和固体介质产生共振和耦合。     

热声发动机回热器操作因子的优化研究

研究热声热机中回热器长度和工作温度的优化方法.通过对热声学线性公式的进一步分解,提炼出一个量纲一参数———回热器操作因子.相对水力半径和回热器操作因子建立了工作频率与回热器长度及回热器水力半径之间的定量关系.通过回热器轴向尺寸和径向尺寸的一定比例缩放,使得热声系统在不同频率下实现相同的热声转换效率.以两种典型的热声发动机回热器为例,对操作因子进行优化研究,并由此得到了最佳工作效率下的回热器长度和温度分布.     

驻波型热声制冷机回热器的结构优化

对驻波型热声制冷机的回热器进行了理论研究,通过对绝热情况下回热器内系统能流的分析,得到了以回热器位置和结构参数为变量并能够较为准确地预测出回热器时均温度差△Tm的解析表达式.将所得解析表达式与实验结果、线性化结果进行比较,表明了结果的准确性.运用所得结果对板叠式回热器在声场中的位置、板叠厚度和板叠间距进行优化,得到了回热器最优位置xs=f-1 (△Tm),最优板叠间距2y0/δκ=3.3～3.4,最优板叠厚度为2l/δκ=0.7.     

热声热机板叠式回热器结构数值计算

将热声热机板叠式回热器气体通道看成矩形导管,对回热器结构进行数值计算。通过声波导管理论的推导,对微型热声热机回热器板叠尺寸进行研究,利用高次波在气体通道衰减原理,计算回热器板叠纵向长度。研究结果表明:50kHz的热声热机回热器板叠最小横向长度为3.43mm;横向长度为3.43mm的板叠对于频率分别为20,30,40kHz的3种声源的最佳纵向长度分别为5.9,6.0和6.4mm,最佳纵向长度随声源频率的降低而减小。     

高频驻波热声热机的数值研究

以1/4波长驻波热声热机为研究对象,建立了平行板叠结构回热器以及异形板叠结构回热器的数值模型,采用Fluent软件分析了这两种结构回热器产生的压力、速度以及流场.研究结果表明:异形板叠结构回热器自激振荡达到饱和所需的时间比较短,压力幅值比较高;非线性声场的扰动,导致不同时刻回热器冷热两端温度分布不稳定,相比平行板叠结构回热器,异形板叠结构回热器温度梯度比较小,有利于低品质热源的应用;针对板叠结构回热器,改变平板的结构,有利于实现热声系统的匹配;异形板叠结构回热器周围的流场明显强于平行板叠结构回热器,有利于流固之间的耦合,提高了热声转换的效率.     

热驱热声制冷耦合系统中波导管的声传输特性

根据声传播规律和声场边界条件分析,在热声发动机和热声制冷机之间增加一段波导管,可以有效提高制冷机回热器的驱动声压,同时增加当地声阻抗,降低回热器平均振荡速度,减少黏性耗散.波导管传输特性的计算和分析表明：波导管的特征尺寸（包括特征长度和相对水力半径）是提高回热器声压和声阻抗的关键参数;相对水力半径和阻抗相角是影响波导管...     

超高频微型脉冲管制冷机回热器优化设计

为了指导超高频回热器设计过程中运行参数的选取,基于准确度较高的回热器设计软件REGEN3.3开展了超高频1W@80K脉冲管制冷机回热器优化设计工作,总结了运行参数对于超高频回热器结构尺寸的影响。研究表明:冷端压比越高,回热器最优长度越短,直径越小;频率对回热器最优直径影响较小,进一步提高频率,回热器长度可适当变短;充气压力对回热器最优长度和直径影响均较小。最后总结出了超高频回热器运行参数选取方法,在保证回热器高效前提下进一步减小回热器尺寸,并将显著减少设计计算量。     

V160热气机中回热器的模拟研究

讨论了丝网回热器对Ｓｔｉｒｌｉｎｇ发动机性能的影响。对Ｖ１６０热气机回热器进行了分析，并用仿真软件ＭＡＲＴＩＮＩ－ＷＥＩＳＳ对该回热器进行了模拟。研究表明，回热器中结构、金属丝的尺寸及其配置，对热气机的热输入、功率输出和效率有很大影响。     

磷铜网加铅球填料回热器的换热性能分析

文章基于G-M低温制冷机装置,以磷铜网加铅球填料回热器为研究对象,通过数值模拟方法,得出了G-M制冷机回热器内部氦工质温度参数的动态变化规律;利用对流换热的场协同理论,对比分析采用磷铜网加铅球作为回热器填料的对流换热性能;针对不同填料类型的回热器进行了G-M低温制冷机整机换热性能对比实验,得出了提高整机换热性能的磷铜网与铅球的填充比例。     

热声谐振管的有源热声网络模型研究

根据流体力学基本方程组建立了采用平行板叠结构回热器的热声谐振管的有源热声网络模型,为热声谐振管与制冷机的优化匹配提供了一种有效的理论工具     

热声热机中回热器的数值计算与分析

针对热声热机系统回热器（或板叠）的数值计算。讨论了简单实用的得谐分析方法,并对热声制冷机中的热声板叠进行了数值计算与分析。计算结果为回热器（或板叠）的设计与优化奠定基础,从而保证系统设计的可靠性。     

多孔填料回热器工质的压缩性研究

讨论了微型热声热机中气体工质在非等截面的多孔填料回热器中的压缩性,指出表征热声热机热声效应的热函数和粘性函数以及由热声效应所产生的平均功流均与工质在多孔填料中的压缩性虚部相关.理论研究表明,通过改变填料的特征尺寸就可以达到改变工质压缩性虚部的目的,进而可以获得最大的热声效应所产生的功流.     

TCPSA 系统的非等温网络模型

用回热器的热声原理、解释了在振荡控制的热耦合变压吸附系统的吸附柱回热器中发生的传热和传质过程,并将其应用于热耦合变压吸附的热声网络模型．在热声网络模型中,当地压力是时间和空间二者的函数,这不同于传统观点即认为当地压力仅是时间的函数,该网络模型能对变压吸附过程进行动态分析．     

Investigation on regenerator temperature inhomogeneity in Stirling-type pulse tube cooler

Regenerator is one of the most crucial components to pulse tube cooler (PTC) and thermoacoustic engine. As such regenerator is scaled up to high-power, the thermal and hydrodynamic communication transverse to the acoustic axis gets weaker and weaker. Under this condition, any unsymmetric factor could cause serious instability to the cooler or engine, which degrades their performance. Investigation has been carried out on a high-power two-stage thermal-coupled U-shape Stirling-type PTC. By detailed circumferential temperature measurements along the middle heat exchanger and second stage regen-erator, a kind of temperature inhomogeneity caused by unsymmetric pre-cooling effect of inter-stage thermal bridge was found in the lower part of the regenerator of the PTC. The temperature inhomoge-neity originating from the middle heat exchanger of the second stage regenerator amplified itself in the lower part of the regenerator and then internal streaming formed. The maximal radial temperature dif-ference could reach 30―40 K. Experimental results show that the temperature inhomogeneity intensi-fies with increased pre-cooling power and its direction can be reversed by changing the pre-cooling effect of the first stage PTC to heating effect by using external thermal load. This research shows that it is important to maintain the heating or cooling effects of heat exchangers uniform in high-power re-generative coolers and engines.     

蓄热换热的温度分布与热饱和时间的数值模拟研究

在计算流体力学数值分析软件基础上，运用数值方法模拟了陶瓷蜂窝蓄热体的蓄热换热过程，得到了蓄热体及气体的轴向温度分布曲线，分析了温度随时间的变化规律，同时讨论了换向时间、烟气入口温度、蓄热体高度、蓄热材料比热等参数对热饱和时间的影响，为进一步研亮蓄热式换热机理提供了初步的理论依据．     

A high-performance thermoacoustic refrigerator operating in room-temperature range

The working principle of an efficient travelling- wave thermoacoustic refrigerator operating in room-temperature range has been analyzed and an experimental set-up has been built. The experiment showed that suppressing DC-flow streaming was very critical to efficient operation, and an elastic membrane was used to solve the problem successfully. At the most efficient operating point, the novel thermoacoustic refrigerator achieved a cooling capacity of about 80 W at -20℃, with a much higher efficiency than previously developed standing-wave thermoacoustic refrigerator.     

Open-air traveling-wave thermoacoustic generator

Taking the input and reflected waves into account,the relationship between the acoustic impedance at the end and the input of a system were theoretically analyzed.Closed and open acoustic configurations that influence the pressure,volumetric velocity,impedance and acoustic work were compared in detail.Based on the above investigation,an open-air traveling-wave thermoacoustic generator was designed and fabricated.It is composed of a looped tube,a resonator open at one end,a regenerator,and hot and cold heat exchangers.It is a small scale and simple configuration.The resonant frequency is 74 Hz at 1 bar in air.The maximum acoustic pressures at the open end and 0.5 m far away from the open end are 133.4 dB and 101 dB from a reference value of 20μPa when the heating power was 210 W,respectively.Acoustic pressure is reasonable for practical application as a low-frequency acoustic source.In further work,we believe that the acoustic pressure at the open end can achieve 150 dB,which could be a solution to problems in existing acoustic generators.These problems include low acoustic pressure and system complexity.It can be used as a basic acoustic source for low frequency and long-range noise experiments,and as a supply for high acoustic pressures necessary for industrial sources.