一、脉管制冷机理论和结构的重要发展——荣获1999年度国家自然科学四等奖(论文文献综述)
李嘉麒[1](2020)在《液氮温区百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的理论及实验研究》文中提出随着高温超导技术的迅速发展和实用化,对相关配套的低温制冷系统也提出了越来越迫切的需求。高频脉冲管制冷机由于冷端没有运动部件且热端使用无阀线性压缩机驱动,因而能够有效地避免机械振动和磨损,具有更长的工作寿命和制冷效率,从而成为高温超导电力领域极有希望获得应用的新一代配套低温制冷机。目前国内的百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的研究主要还集中在500 W及以下,同时驱动机构依赖进口,为了实现百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的国产化,同时为千瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的工作机制研究以及其实用化与产业化打下基础,本文针对百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机展开了系统的理论与实验研究。本文针对百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机展开了如下的理论与实验研究内容:(1)建立了适用于千瓦及以上输出功率的线性压缩机的理论模型,为给百瓦及以上级别制冷量高频脉冲管机提供有效驱动源奠定了理论基础。为给百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机提供有效驱动源,建立了适用于千瓦及以上输出功率的线性压缩机内直线电机的理论模型,系统分析了包括气隙和永磁体的尺寸对于磁场分布、平均磁场强度和电机力的影响。基于理论研究,研制了千瓦级输出功率线性压缩机用直线电机,测量了磁场强度分布和平均磁场强度,其分布趋势与理论研究结果一致,理论研究与实验结果的误差小于5%。(2)研制出输出功率超过5 k W的动圈式线性压缩机并进行了系统测试。在缩放原理的基础上,对设计原理进行了千瓦级输出功率线性压缩机适配修正,成功将线性压缩机的最大输出功率提升到了超过5 k W,同时其工作频率在40 Hz到60 Hz之间。对压缩机给与激励进行测试,其完整波形超过八个。同时,压缩机在同等电压下提升频率可以在一定范围内提升输出功率,在59 Hz附近取到峰值。(3)建立了同轴型和直线型百瓦级制冷量脉冲管制冷机理论模型,系统分析了结构参数及工作参数对制冷性能的影响规律。建立了同轴型和直线型的百瓦级制冷量脉冲管制冷机模型,研究了脉冲管和蓄冷器结构参数、工作参数对于脉冲管制冷机的性能的影响,对比了两种冷头布置形式的优劣,最终选择了直线型作为进一步的研究方向。(4)建立了直线型百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的CFD模型,研究了其内部流动的相关影响因素。建立了直线型百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的CFD模型,使用模型预测并对比了不同制冷量量级的脉冲管制冷机内部参数分布,发现了百瓦及以上制冷量下其流动参数对于脉冲管制冷机整机的优化尤为重要。同时,研究了不同工作参数下的流动情况。在此基础上,研究直线型内部温度和压力振幅分布情况,并对比分析了不同的导流机构对于百瓦级制冷量直线型脉冲管制冷机的内部流动影响,为百瓦级制冷量脉冲管制冷机流动优化提供了理论基础。(5)提出了单一压缩机驱动四台冷指的百瓦级制冷量脉冲管制冷机结构,系统研究了冷指之间控制制冷量的方法和相互影响。为了提升百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机整机的制冷量和工作效率,提出了单一压缩机驱动四台冷指的单级百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机理论结构,分析了分流部件处内部的参数关系,详细讨论了通过调节管分别控制单冷指的工作制冷量以及控制操作对于其他冷指的影响关系。基于直线型理论模型的模拟结果,使用单台冷指、两台冷指、三台冷指和四台冷指的情况下,脉冲管制冷机在77 K分别有299 W、573 W、820 W、1140 W的制冷量,相应的比卡诺效率分别为17.3%、16.8%、16.7%、16.6%。(6)研发出单级直线型百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机实验样机,并对其性能进行了实验验证。基于上述研究,研制出了百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的试验样机。该样机能够在1590 W的输入条件下,达到59.7 K的无负荷温度;在1030 W的输入条件下达到无负荷温度80 K;同时在4104 W的输入条件下,能够在75.6 K有着301 W的制冷量,此时比卡诺效率达到了19%以上。(7)使用压缩机驱动四台脉冲管冷指的方式,将百瓦级脉冲管制冷机推进至千瓦级制冷量,并进行了实验验证。基于理论研究,对压缩机驱动四台脉冲管冷指的脉冲管制冷机的结构进行了设计,并进行了试验测试。压缩机驱动四台脉冲管冷指时,能够在77 K有着1080W的制冷量,此时的比卡诺效率为16%。同时在测试中验证,通过调节管能够调节脉冲管制冷机冷指的工作性能,调节范围与理论值接近。同时,国际上praxair能够在77 K有着1.1 k W的制冷量,相比之下,本制冷机的制冷性能达到国际先进水平,与国际上千瓦级制冷量脉冲管制冷机的制冷性能相当。
王凯[2](2014)在《行波热声发电系统热—声—电耦合及转换机理研究》文中研究指明行波热声发电系统具有效率高、可靠性高、结构简单、制造成本低以及可利用低品位热能等突出优点,可望在太阳能发电、工业废热回收、冷热电联产和分布式供能等领域获得广泛应用。行波热声发电系统为热声与机电强耦合的非线性系统,深入理解其耦合振荡和能量转换机理对于实现其稳定高效运行至关重要。然而,目前仍缺乏针对上述关键问题系统和全面的研究,热声发动机与直线发电机间的耦合匹配特性仍未清晰阐明,整机性能亟待提高。针对上述问题,本文开展了以下理论与实验研究工作:1.发展建立了适用于行波热声系统瞬态过程模拟的时域网络模型,开展了行波热声发动机起振特性的数值模拟和实验验证。热声起振是热声领域的基础问题之一,准确模拟起振过程、预测起振温度和频率对于揭示起振机理、降低起振温度具有重要意义。本文从线性热声理论推导出了交变流动一维控制方程中的粘性和传热项,对所有声学部件均考虑声阻、声惯性、声容性以及热弛豫的声学效应,结合回热器多孔介质的时域控制方程建立了针对行波热声系统的时域网络模型。基于该模型,对行波热声发动机的起振特性进行了数值模拟,得到了动态的压力波发展过程、起振温度、频率、品质因子以及主要物理参数的分布特性。结果表明,回热器内的热弛豫效应大大增加了系统耗散,对热声起振过程具有重要影响。对起振温度、频率和品质因子的实验验证表明,该模型可较准确地预测行波热声发动机的起振特性,较好地描述了起振温度以下热声发动机内的声功产出与耗散特性。该模型便于引入机械运动部件,因而可拓展至多物理场耦合的热声系统动态特性模拟。2.首次开展了行波热声发动机与直线发电机组成的双声源系统耦合振荡过程的数值模拟和实验研究,揭示了拍频耦合振荡的作用机制,阐明了其振荡频率的影响因素和分布规律。存在多个谐振机构的行波热声发电系统中在一定情况下会发生拍频不稳定振荡现象,使热声声源与机械振子声源间发生周期性的能量传递过程。本文将行波热声发动机的时域网络模型与直线发电机的时域动力学模型相耦合,建立了双声源系统完整的瞬态模型。采用直线发电机声源激励热声发动机声源获得了热声发动机在不同频率下的动态响应特性和频率响应曲线。计算和实验结果表明,热声发动机对于激励频率存在明显的选择性,偏离其本征谐振频率时会在激励初始阶段产生拍频现象。在此基础上,对双声源系统自由衰减中出现的拍频振荡过程进行了数值模拟和实验研究。计算和实验结果表明,拍频现象的产生源于强度相当的双声源间的博弈,所出现的两个相近的频率分别由热声声源和直线发动机声源所控制。随着加热温度上升,热声声源强度逐渐增强,从而占据主导直至系统趋向热声声源主导的频率进行声振荡。改变动质量、弹簧刚度和谐振管长度可改变拍频振荡频率但无法使拍频消失,两个频率随这三个参数的分布近似为以热声发动机和直线发电机的谐振频率线为渐近线的双曲线。该研究成果对于热声发动机与负载的匹配设计有重要的指导作用,对于实现包含多声源的复杂热声系统的工作协同性和稳定性具有重要意义。3.完整提出了声阻抗匹配的基本原理,阐明了行波热声发电系统的匹配机理,实现了行波热声发动机与直线发电机的高效匹配。行波热声发动机与直线发电机间的匹配性对于热声发电系统的高效热-声-电转换至关重要,然而目前仍缺乏研究以最本质的声阻抗视角系统阐明其匹配机理和提出实现声学匹配的有效手段。本文基于交流功率电路的阻抗匹配原理,单独分析了热声发动机的输出声阻抗和直线发电机输入声阻抗特性,获得了各自最优运行工况对应的声阻抗需求及其调制措施,实现了两者的耦合并达到声阻抗匹配状态,完整提出了声阻抗匹配的基本思路和实现手段。结果表明,改变热声发动机声功输出位置可显着改变其输出阻抗特性,从而影响热声发电系统的匹配特性。调整直线发电机的工作频率、串联电容和负载电阻的大小可显着改变其输入声阻抗,从而可以有针对性地调整至热声发动机所需的最优声阻抗范围内,进而实现声学匹配。当以3.16MPa的氦气为工质,在谐振管处进行耦合时,该热声发电系统达到了声学匹配状态,获得了最大750.4W的电功输出和0.163的最高热电效率。该研究从本质上阐明了热声发电系统高效运行的关键因素之一为声阻抗的良好匹配,为解决热声发电系统甚至热声制冷、脉管制冷等声学系统的匹配问题指明了方向。
朱尚龙[3](2009)在《中高频热声驱动脉冲管制冷的工作机制研究》文中研究表明热声驱动脉冲管制冷机是一种完全没有机械运动部件的低温制冷机,具有结构简单、可靠性高、运行稳定、环保等优点,在冷却电子器件、液化天然气等方面具有广阔的应用前景。但是由于大振幅大压比热声理论不完善以及已有热声系统尺寸较大和整机效率较低等不足之处,热声驱动脉冲管制冷机的大规模应用仍需热声研究者的进一步努力。针对上述问题,本文在以下几个方面开展了研究实验工作:1.惯性管调相工作机制的研究1.1针对大压比下线性热声理论误差较大的缺点,提出了新修正参数的简化湍流模型,该模型在进行惯性管调相能力计算时与实验结果符合较好,特别是对入口相角计算的准确度有显着提高。1.2提出了新的无量纲参数用于表征惯性管的调相能力,较好地反映了惯性管的内在工作机理,且特别适合指导惯性管的工程设计和选型。在此基础上,对纯惯性管、惯性管加无限大气库两种典型常用调相机构绘制了不同工作压比下的通用选型图表,可用于指导脉冲管惯性管的优化设计。?1.3理论和实验研究表明:为满足高效脉冲管制冷机入口相角的要求,对于纯惯性管调相机构,其长度一般为0.250.5波长;对惯性管加无限大气库调相结构,其长度一般在0.25波长以内。此外,对大冷量脉冲管制冷机,纯惯性管、惯性管加无限大气库均能满足其调相要求;对小冷量脉冲管制冷机,单一直径惯性管一般难于满足要求,组合惯性管是解决该问题的途径之一。?2. 300Hz热声驱动脉冲管制冷机的工作机制及热力性能研究2.1重点研究了热声板叠、调相结构以及声压放大器等部件对300Hz的驻波热声发动机驱动脉冲管制冷机的影响规律。研究结果表明:与常规线切割加工手段相比,光化学蚀刻工艺的热声板叠因可以很好保证尺寸精度而极大地提高了热声发动机的转换效率;声压放大器在300Hz也具有显着声压放大作用,可有效地提高整机系统的效率;组合惯性管调相机构具有较大阻抗变化范围,利于通过调节管长、管径获得最佳调相效果,与前述理论分析结果相吻合。2.2研究了平均压力和重力场对系统性能的影响规律,结果表明:增加平均压力能在一定程度上改善整机性能,但不能增加系统的输出功率;对300Hz中高频率脉冲管制冷机系统,重力场的影响不大。2.3对该系统的结构参数、运行参数等进行了优化研究,在加热功率为750W时,该系统获得了69.3K的最低温度;在加热功率为500W、冷头温度为80K时获得了0.2W的制冷量。此外,将一种纳米绝热材料应用于热声系统,降低了系统的漏热,可进一步提高热声驱动脉冲管制冷机的整机热力性能。3. 500Hz高频热声驱动脉冲管制冷机的工作机理及热力学性能研究3.1对工作频率为500Hz驻波热声驱动脉冲管制冷机的工作机理进行了研究。实验中,发现当声压放大器末端的阻抗不匹配时,将出现压力波动幅值缩小而不是放大的现象。在加热功率为2200W时,该制冷系统获得了119K的最低制冷温度;当负载与热声发动机之间不匹配时,该系统的频率跳转至918Hz,在加热功率为1985W时获得了179.9K的最低制冷温度。3.2对适合于极高频脉冲管制冷机回热器填料纤维毡进行了研究,推导并建立了其热声学方程。以300Hz热声发动机为驱动源进行了纤维填料回热器制冷性能的初步研究,实验系统获得了122K的最低制冷温度,表明采用纤维填料回热器具有可行性,但需进一步深入研究。
余国瑶[4](2008)在《热声发动机自激振荡过程及热声转换特性研究》文中指出热声发动机是一种完全无运动部件和采用惰性气体作工质的新型热力机械,具有可靠性高和环保等突出优点,用它驱动热声制冷机或直线发电机可以做成完全无运动部件的热声制冷机或者高可靠性的热声发电机,具有重要的应用前景。热声发动机涉及非线性自激振荡、热声转换等复杂过程,其内部流动、传热与热力过程高度耦合,对其机理的研究和大振幅声场下的理论计算有待突破;另外,提高工作频率有利于热声发动机的微型化和提高功率密度,是热声发动机研究的发展方向之一。为此,本文开展了以下几个方面的理论和实验研究工作:1.热声斯特林发动机的CFD模拟研究以热声斯特林发动机实验系统为原型,建立了二维数值计算模型。对计算方法的可行性进行了检验,表明非耦合求解器、二阶时间隐式格式和二阶空间迎风差分格式可以避免数值格式耗散和虚假振荡,适合于可压缩交变流热声发动机的模拟。研究了两种加热边界条件下的热声发动机的起振过程,首次获得了在给定加热量热边界条件下的完整的非线性自激振荡演化过程,成功地捕捉到临界起振温度、压力波振幅放大以及振幅饱和等非线性现象。此外,数值模拟捕捉到了行波回路中的非线性Gedeon声直流现象。在二维数值模拟的基础上,首次对热声斯特林发动机实验系统进行了三维的数值模拟,计算结果给出了热声发动机内的非均匀流场、温度场等复杂三维效应。2.高频驻波热声发动机的CFD模拟研究参照高频驻波热声发动机实验系统建立了二维数值计算模型,对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波发动机的模拟。研究了两种加热边界条件下的发动机的起振过程,获得了在给定加热量热边界条件下不同于低频发动机的平均压力显着升高、压力波振幅放大和振幅饱和过程。计算结果给出了发动机内部驻波声场分布特性。此外,数值模拟观测到了高频驻波热声发动机板叠端部和谐振管气库的流动涡结构及其演化过程。3.高频驻波热声发动机的热声转换特性研究将变径管引入高频驻波发动机,获得了系统性能的显着提升。特别地,以氦气为工质,工作频率约为300Hz,平均压力为4.2MPa,最高压比达到了1.175。将声压放大器引入高频驻波发动机驱动高频脉冲管制冷机系统,通过实验揭示了两者的耦合关系,表明发动机与声压放大器耦合位置的体积流率对耦合系统具有重要影响。对耦合系统进行了计算和实验优化,采用长63cm内径4.3mm的声压放大器,在加热功率为750W时,脉冲管制冷机的最低制冷温度达到68.3K,是目前国际上报道的高频热驱动脉冲管制冷机的最低温度。加热功率为500W时,脉冲管制冷机在80K时的制冷量达到了0.2W。通过理论计算揭示了驻波热声发动机与RC负载在高频下的耦合关系,指出高频下RC负载气库的增大使RC负载与发动机的连接管在一定工况下会出现压力波缩小现象,并在实验中得到验证。特别地,在压力4.2MPa下,发动机的最大净输出声功达96W,最高净输出效率9%。4.高频热声斯特林发动机的热声转换特性研究实验研究了重力场对发动机性能的影响规律,指出重力场只对发动机的起振温度有较大影响,对振荡频率、压力振幅和加热温度影响较小。实验研究了运行参数、回热器丝网目数和工作介质的影响规律。特别地,以平均压力4.0MPa的氦气为工质,工作在314Hz,发动机的压比可达到1.17;以平均压力2.0MPa的二氧化碳为工质,工作在76Hz,发动机的最高压比达到1.24。对高频热声斯特林发动机和高频驻波发动机驱动同一台脉冲管制冷机进行了实验对比,表明高频热声斯特林发动机的热效率高于高频驻波热声发动机。
何永林[5](2007)在《高效率G-M型脉管制冷机的理论与实验研究》文中认为与传统的回热式低温制冷机如G-M和斯特林制冷机相比,脉管制冷机没有低温下的运动部件,具有结构简单、低成本、高可靠性、长寿命、低机械振动、低电磁噪声等优点,可望在超导磁体冷却、低温泵等方面获得广泛应用。随着液氢无损贮存和高温超导体MgB2技术的发展,低温制冷机在20 K温区的应用前景非常广阔。单级G-M型脉管制冷机在过去几年发展迅速,最低制冷温度已低于15 K,然而其制冷效率仍低于同温区的G-M制冷机。本文以提高20 K温区单级G-M型脉管制冷机的制冷效率为目标,开展了广泛和深入的理论和实验研究。在此基础上,本文还进行了液氦温区分离型二级脉管制冷机的研制。具体内容介绍如下:1.脉管制冷机的热力学分析结合线性模型和热力学分析方法,发展了小孔型和双向进气型脉管制冷机性能的计算分析模型。定性分析了气库容积、小孔阀、双向进气阀等主要部件对制冷机性能的影响。计算结果表明,增大气库容积可以改善制冷机性能,但在气库与脉管容积之比大于10之后,增大气库容积对制冷机性能的影响不大。因而不必为了提高制冷效率而无限制地加大气库容积。只有在制冷温度低于临界温度、小孔阀的开度超过临界值时,双向进气阀才能减少系统的总相对耗散率,提高制冷机的性能。计算分析的结果有助于加深对脉管制冷机理的理解。2.基于REGEN的G-M型脉管制冷机数值计算和分析采用REGEN 3.2计算分析了低频条件下(1~2 Hz),回热器长度、质量流量、充气压力、频率和相位角等操作参数对20-300 K温区回热器性能的影响。计算结果表明:在不同条件下的回热器最佳长度基本变化不大;质量流量对制冷量和COP影响显着,最佳冷端质量流量为6g/s。分析计算结果预测本文自行设计的单级脉管制冷机在压比为2.0时的最低制冷温度极限约为9.5 K,为进一步开展试验工作指明了方向。本文还计算了充气压力、频率和相位角等参数对制冷机性能的影响。计算分析结果为脉管制冷机的设计和调试奠定了坚实的理论基础。3.单级G-M型脉管制冷机的设计、制作和优化设计并搭建了单级G-M型脉管制冷机的实验台。为了强化回热器在10-15 K温区的性能,采用传统认为用于液氦温区的磁性蓄冷材料Er3Ni,使单级最低制冷温度达到12.6K。在此基础上,理论分析和实验验证了丝网材料和目数对制冷机性能的影响,发现适当增大不锈钢丝网目数到295目,虽然会增大压降损失,但仍可以改善脉管制冷机的性能。使用Er3Ni、铅丸和295目不锈钢丝网组成的三层回热器填料,输入功率6.7 kW时,制冷机达到了11.1 K的最低制冷温度,在20 K的最大制冷量和COP分别是17.8 W和2.95×10-3。制作和优化了新的结构尺寸不变的用以氢气液化的单级G-M型脉管制冷机。制冷机在输入功率为7.5 kW时,达到了10.9 K的最低制冷温度,这是目前国内外公开报道的单级脉管制冷机最低制冷温度,与理论预测的结果相差仅为1.4 K。该制冷机在20 K的制冷量为18 W。同时本文还进行了制冷机的长时间运行、重复性和带功率开机试验,结果表明制冷机运行稳定、重复性良好。4.液氦温区分离型二级脉管制冷机的研制为了进一步拓展单级脉管制冷机的应用,研制了采用上述单级脉管制冷机预冷的液氦温区分离型二级脉管制冷机。采用双压缩机双旋转阀驱动,在输入总功率为6.8 kW情况下,第二级最低温度2.3 K,在4.2 K有508 mW制冷量,同时一级在37.5 K有15 W制冷量;增加第二级充气压力0.15 MPa,在4.2 K下的制冷量由508mW增大到590 mW。为了进一步简化低温制冷机结构并为其实用化创造条件,采用单压缩机单旋转阀驱动该二级脉管制冷机。通过气量的合理分配,取得了和双压缩机双旋转阀驱动相同的制冷性能。2005年,本文研制的液氦温区脉管制冷机部分核心技术转让给日本岩谷气体产业株式会社,现已投入批量生产,产生了显着的经济效益和社会效益。
胡剑英[6](2007)在《液氮至液氢温区的热声驱动低温制冷机的研究》文中进行了进一步梳理热声驱动低温制冷机是一种完全无运动部件的新型热力机械,具有高度的可靠性。它以热源作为驱动,在电能缺乏热能丰富的地方具有广泛的应用前景。近年来热声驱动低温制冷机的研究进展迅速,已成为能源和低温领域的一个重要研究热点。但是,目前热声驱动低温制冷机工作机理有待于深入认识,其流程结构也有待于进一步改进以提高性能。为此,本文开展了以下几个方面的理论和实验的研究工作:1.发展了交变流动热机和制冷机的介观热力学理论,并对线性热声理论进行了系统归纳和总结:应用交变流动热机介观热力学分析方法的基本思路,进一步对交变流动回热器内的微循环热力过程进行了分析,证明了理想回热器的效率等于卡诺循环的效率。同时,将介观热力学分析方法扩展到对交变流动换热器、热缓冲管(脉冲管)内气体微团的热力过程分析;对线性热声理论进行了归纳和整理,给出了本文所研究的热声驱动低温制冷机的数值模拟方法。2.对脉冲管制冷机中的调相机制进行了系统研究,在此基础上提出了无气库的惯性管调相机构以及可以消除直流的双向进气调相机构:实验验证了无气库惯性管作为高频脉冲管制冷机热端调相元件的有效性,并进行了深入的理论分析。研究表明:在层流状况下,无气库的惯性管可以取代带气库的惯性管作为脉冲管制冷机的调相部件,但是二者在湍流情况下通常不能为小功率的脉冲管制冷机提供所需的阻抗;指出在惯性管能够为脉冲管制冷机提供所需的阻抗时,双向进气结构不能提高制冷机性能,只有在惯性管提供的阻抗不能满足制冷机要求时双向进气结构才能发挥积极的作用;提出了一种抑制双向进气结构直流损失的新方法;在以上研究的基础上,用热声发动机驱动的单级脉冲管制冷机首次在国际上获得了低于液氮的温度。3.提出了声学压力波放大器等高效耦合机构,对它们的工作机制进行了深入研究:提出了四种耦合热声发动机和脉冲管制冷机的结构:声学变压器,二介质耦合结构,声学压力波放大器以及二介质耦合声学压力波放大器,其中后两种耦合结构可以使热声发动机的压力波幅值获得数倍的放大,脉冲管制冷机可以获得1.3以上的驱动压比,并且使热声发动机所需的加热量大幅度减少,制冷机的声功利用率则成倍增加,大大提高了系统的热效率;二介质耦合声学压力波放大器还可以大幅降低系统的工作频率,使热声发动机和脉冲管制冷机获得更好的匹配。4.在国际上首次成功研制一台突破液氢温度的热声驱动的二级脉冲管制冷机,并对其工作机制进行了深入研究:该系统采用聚能型行波热声发动机作为驱动源,以一台两级脉冲管制冷机作为低温制冷部件,利用二介质耦合声学压力波放大器作为二者的耦合部件,发动机采用氮气作为工质,制冷机采用氦气作为工质;该系统的工作频率为23.3Hz,二介质耦合声学压力波放大器对压力波幅值能产生1.7倍的放大效果,在加热功率为2600W,加热温度为630℃时,制冷机获得了18.1K的最低制冷温度,这是目前世界上报道的热声驱动低温制冷机所获得的最低制冷温度。5.开发了液氦温区的三级高频脉冲管制冷机的数值模拟程序,并对液氦温区的三级高频脉冲管制冷机工作机理进行了深入的理论分析:首先建立了三级脉冲管制冷机的数值模型,开发了相应的程序。然后对一些新的回热器填充材料物性进行了讨论分析,选用镀铅不锈钢丝网作为二级回热器的填充材料,三级回热器则采用三种不同的稀土金属材料作为填充材料。另外,详细讨论分析了各级回热器、脉冲管尺寸对最低无负荷制冷温度的影响。经过优化,设计了一台可工作于液氦温区的三级脉冲管制冷机,其最低制冷温度可达3.9K,为实验研究奠定了理论基础。
胡鹏[7](2007)在《高频微型声驱动热声制冷机的理论探索与实验研究》文中研究说明微型化高频热声制冷机的研究,由于频率升高、尺寸减小而引发了粘性损耗增大、声场不匹配等众多问题。尤其是缺乏合适的大压力幅值的振荡系统导致无法实现微型化高频热声制冷机的工程化应用。针对这一问题,本文从研制能产生高声压振幅的谐振系统出发,进行了以下热声制冷机微型化的应用理论基础、样机研制以及实验研究工作:1)以线性热声理论为基础,建立了微型化热声制冷机的模型;确定了系统内基本的声场分布;在谐振系统中引入了锥形管结构,在减小管内粘性耗散损失的同时,实现了管内局部声能密度的积聚;同时完成了多工况调节机构的设计,并在此基础上进行了各个热声元件的优化设计并建立了一整套微型热声制冷机试验台;2)研制了一种适合于微型热声制冷机的PZT声驱动器,结合谐振管的管型优化设计,可以形成高声压振幅的谐振系统;声驱动器与谐振管达到较好的声匹配,在均压2.1MPa的空管试验中可以获得最高0.3MPa的声压峰峰值;3)根据声驱动器试验确定的运行工况在改进后的试验样机上进行了制冷性能试验,结果表明,冷热端温差和冷端温降均超过了目前报道的同频率范围的微型制冷机近一倍。分别达到31oC和15.2oC;4)运用稳态流动理论估算换热器了的换热量,但是试验结果表明稳态的对流换热理论已经很不适用;预测了改进当前换热器设计的结果。
包锐[8](2007)在《驻波型热声发动机性能强化及其驱动脉管制冷特性研究》文中认为热声发动机利用热声效应把热能转换为声能,具有结构简单、运行可靠、以热能驱动和工质环保等突出优点,与脉管制冷机耦合在一起可构成从室温到低温完全没有运动部件的热驱动制冷系统,是一项具有应用前景的新技术。为进一步强化热声发动机的输出性能,进而降低热声驱动脉管制冷机的制冷温度,本文针对以下几个方面开展了理论和实验研究工作:1.采用锥形谐振管的热声发动机的数值模拟和实验研究利用线性热声理论,对一台采用锥形谐振管的驻波型热声发动机进行了数值模拟,发现采用锥形谐振管可有效降低工质气体的速度振幅,进而减小在谐振管中声功率的损失;与一台在相同频率下工作的采用等直径圆柱谐振管的驻波型热声发动机进行了实验对比,结果表明,在使用锥形管作为谐振管的热声发动机系统中,谐振管中的非线性效应得到了明显的抑制,热声发动机在基频模式下稳定运行,压比增大而加热温度降低。2.声压放大器的声学原理分析及数值模拟和实验研究从声学原理出发,分析得出对于一根长四分之一波长的理想声压放大器,可以在其封闭端得到一个明显高于开口端的压比。根据线性热声理论的数值模拟和实验研究都验证了声压放大器对压力波的放大作用,考虑到非理想条件下声压放大器内部的各种损失,其末端压力振幅取得最大值所对应的长度小于理论分析得出的四分之一波长。3.热声发动机驱动RC负载的理论和实验研究利用线性热声理论对热声发动机驱动RC负载进行了数值模拟,着重分析了负载阻抗对RC负载入口处和板叠热端处各参数的影响,实验研究了RC负载阻抗以及平均压力对热声驱动RC负载的影响。此外还进行了带声压放大器的热声发动机驱动RC负载的数值模拟和实验研究。通过理论计算初步总结了带声压放大器的热声发动机与RC负载的耦合关系,指出声压放大器的长度对热声发动机驱动RC负载具有重要影响,不同长度的声压放大器有可能会在其入口处产生反向的压力振动;当热声发动机向RC负载传递的声功率最大时,RC负载入口处压力振动与速度振动的相位差不再为-45°。4.带声压放大器的驻波型热声发动机驱动脉管制冷机实验研究采用声压放大器作为热声发动机与脉管制冷机的新耦合机制,有利于脉管制冷机获得更低的制冷温度。当加热功率为1.4kW,采用长3.3m内径8mm的声压放大器时,脉管制冷机回热器入口处的压力振幅达到0.181MPa,压比1.152,脉管制冷机最低制冷温度从88.6K降为79.7K,在120K获得了2.436W的制冷量。通过对热声发动机加热器、水冷却器和高温气库的改进,采用长3.4m内径8mm的声压放大器耦合新设计的U型脉管制冷机,当加热功率为1.8kW时,脉管制冷机回热器入口处的压力振幅达到0.214MPa,压比1.179,脉管制冷机最低制冷温度56.4 K,是目前国内外公开报道采用驻波型热声发动机驱动脉管制冷机所获得的最低制冷温度。
赵亮[9](2006)在《热声发动机多路声功输出模拟及燃气驱动方法研究》文中研究说明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。本文回顾了热声研究的发展历史,对经典的线性热声理论进行了简单的介绍,并重点研究了热声计算软件DeltaE的使用方法,对现有的斯特林热声发动机系统进行了建模,模拟计算了回热器长度对热声发动机性能的影响。热声发动机具有气体量大、沿声波传输方向尺寸大等特点,通常具有较大范围的声场分布,这种特点带来的缺点是不利于声功的集中输出,同时为维持内部声场,内耗散居高不下。本文对多路声功输出方案进行了模拟计算并与实验结果进行了对比。模拟计算结果与实验的良好吻合,证明该方案一方面可以大幅度提高热声发动机的声功输出量,提高其热效率,另外为热声发动机能量的梯级利用提供了参考。这意味着热声发动机可以同时驱动多级,甚至多个热声制冷机,这些制冷机工作于不同的温位,以满足不同的需要。为了实现对热能的直接利用,本文还通过实验初步探索了燃气驱动热声发动机。结果表明燃气加热器大幅提高了系统加热功率,进而达到更高的加热温度,使得系统得到了更强的压力振荡。以氮气为工质,在充气压力为1.2MPa时最高达到了1.29的压比,在充气压力为2.4MPa时得到了250.3W的声功。通过使用弹性膜片抑制直流使热声发动机在充气压力1.2MPa时的压比提高到了1.34。
谭永翔[10](2006)在《斯特林热声发动机的理论与实验研究》文中进行了进一步梳理热声发动机利用热声效应,实现热能到声功的转换,以压力波动的形式产出机械功。它与常规机械式压缩机最大的不同在于没有机械运动部件,具有结构简单、运行可靠、工作时间长等优点。因此,热声发动机是极具发展前途的新型热机。 本文回顾了热声发展的历史,介绍了线性热声理论,重点论述了热声中的直流现象,包括:直流的产生机理,直流的种类,直流的抑制手段,直流的积极利用。 直流问题是本文的重点。具有环路的斯特林热声发动机引入了反馈回路,实现了行波相位的热声转换,获得了较高的热声转换效率。然而,环路的拓扑结构使得声场中直流的产生成为可能。直流的出现将严重制约了热声发动机的性能。本文以温度和压力测量作为重要实验手段,研究了直流与热声发动机温度分布之间的关系,直流与压比、热声转化效率、声功输出性能之间的关系。指出有效抑制直流能大幅度提高热声发动机的压比和声功输出,加热温度514℃时无负载压比高达1.206,加热功率2700W时最大输出声功约200W,声功输出能力提高近100%,(?)效率提升近90%。基于焓流理论,对直流的强度进行定量分析。本工作对于斯特林热声发动机中直流的深入研究具有重要指导意义。 热声发动机作为声功输出装置,必须为用户输出声功,才真正具有实用意义。因此,本文在理解直流的基础上,还研究了斯特林热声发动机声功输出特性,考察了不同负载、声功传输装置、声功输出口的改变对热声发动机声功输出的影响,以更全面地揭示热声发动机性能。
二、脉管制冷机理论和结构的重要发展——荣获1999年度国家自然科学四等奖(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、脉管制冷机理论和结构的重要发展——荣获1999年度国家自然科学四等奖(论文提纲范文)
(1)液氮温区百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的理论及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 脉冲管制冷机的发展与在大制冷量上的优势 |
1.3 配套低温循环系统的分类 |
1.4 国内外大制冷量脉冲管制冷机的研究现状 |
1.4.1 千瓦及以上输出功率的线性压力波发生器的研究与发展 |
1.4.2 百瓦级制冷量脉冲管制冷机的发展 |
1.4.3 百瓦级制冷量脉冲管制冷机的研究方向 |
1.5 本文主要研究内容 |
1.6 本章小结 |
第2章 千瓦及以上输出功率线性压缩机的理论模型建立与实验验证 |
2.1 本章引论 |
2.2 千瓦及以上输出功率动圈压缩机的结构设计 |
2.2.1 缩放设计方法 |
2.2.2 板簧型线设计 |
2.2.3 压缩机自由状态下激励震荡 |
2.3 磁场稳定度和强度分析与优化 |
2.3.1 边界条件 |
2.3.2 研究模型建立 |
2.3.3 电机力初步估算 |
2.3.4 模型可行性分析 |
2.3.5 结果与分析 |
2.4 千瓦及以上输出功率动圈压缩机的测试试验台搭建 |
2.4.1 压缩机部分组件 |
2.4.2 板弹簧刚度测试 |
2.4.3 线性电机线圈装配 |
2.4.4 压缩机装配 |
2.5 实验测试与结果分析 |
2.5.1 线性电机静态磁场测试 |
2.5.2 压缩机电机激励测试 |
2.5.3 压缩机初步实验测试 |
2.5.4 压缩机工作特性 |
2.6 本章小结 |
第3章 百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的结构参数与性能影响关系 |
3.1 本章引论 |
3.2 百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的模型建立 |
3.2.1 基本结构 |
3.2.2 蓄冷器填料基本参数 |
3.3 百瓦级制冷量同轴型斯特林型脉冲管制冷机特性分析 |
3.3.1 初步探究百瓦级同轴型脉冲管制冷机影响因素 |
3.3.2 同轴型一带二结构探索设计 |
3.4 百瓦级制冷量直线型斯特林型脉冲管制冷机性能影响因素分析 |
3.4.1 直线型冷指结构参数和工作参数与制冷机性能的关系 |
3.4.2 填料的选择 |
3.5 本章小结 |
第4章 百瓦级制冷量脉冲管制冷机的内部流动的影响因素分析 |
4.1 本章引论 |
4.2 百瓦级脉冲管制冷机的仿真模型建立 |
4.2.1 四种影响脉冲管制冷机性能的内部流动 |
4.2.2 模型方案建立 |
4.2.3 脉冲管制冷机蓄冷器损失 |
4.3 流动数据整理与结果分析 |
4.3.1 百瓦级脉冲管制冷机与小型脉冲管制冷机内部参数比较分析 |
4.3.2 单周期内流动情况分析 |
4.3.3 工作参数对脉冲管制冷机流动、压降和性能的影响 |
4.3.4 内部参数分布 |
4.3.5 输入条件对流动的影响 |
4.3.6 导流器的存在对于流动的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 百瓦级以上制冷量高频脉冲管制冷机的四台冷指间的耦合关系和冷量控制方式研究 |
5.1 本章引论 |
5.2 百瓦级及以上制冷量单压缩机驱动多台冷指制冷机结构 |
5.3 百瓦及以上制冷量脉冲管制冷机压缩机驱动四台冷指结构内部参数分析 |
5.4 单一压缩机驱动四台冷指脉冲管制冷机的性能影响因素研究 |
5.5 百瓦级及以上制冷量压缩机驱动四台冷指的脉冲管制冷机冷量调节 |
5.5.1 单台冷指冷量调节和性能研究 |
5.5.2 两台冷指冷量调节和性能研究 |
5.5.3 一带四脉冲管制冷机内部相位研究 |
5.5.4 压缩机驱动四台冷指的脉冲管制冷机的性能模拟 |
5.6 多冷指脉冲管制冷机制冷系统理论设计 |
5.7 本章小结 |
第6章 百瓦级及以上制冷量脉冲管制冷机的实验验证 |
6.1 本章引论 |
6.2 百瓦级制冷量单级直线型脉冲管制冷机原理样机研发与实验 |
6.2.1 百瓦级制冷量单级脉冲管制冷机结构设计 |
6.2.2 百瓦级制冷量单级脉冲管制冷机部件 |
6.2.3 实验结果与分析 |
6.3 百瓦级制冷量单级脉冲管制冷机的压缩机驱动四台冷指测试与分析 |
6.3.1 压缩机驱动四台冷指的脉冲管制冷机结构设计与原理 |
6.3.2 压缩机驱动四台冷指的脉冲管制冷机的测试 |
6.4 本章小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 本文主要特色和创新点 |
7.3 下一步工作展望 |
参考文献 |
附录 Fluent中部分自定义的代码 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)行波热声发电系统热—声—电耦合及转换机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
目录 |
符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 热声发动机的研究进展 |
1.2.1 驻波型热声发动机 |
1.2.2 行波型热声发动机 |
1.2.3 热声理论的研究进展 |
1.3 热声发电系统的研究进展 |
1.3.1 热声-直线发电机发电 |
1.3.2 热声-压电换能器发电 |
1.3.3 其他热声发电技术 |
1.3.4 热声发电系统的匹配机理 |
1.4 本文的研究内容和全文框架 |
2 行波热声发电系统的数学物理模型 |
2.1 引言 |
2.2 线性热声理论 |
2.2.1 基本控制方程 |
2.2.2 控制方程的频域线性化 |
2.2.3 线性热声方程组的解 |
2.2.4 热声时均能量流的表达式 |
2.3 时域网络模型 |
2.3.1 管路及换热器模型 |
2.3.2 回热器模型 |
2.4 直线发电机的理论基础 |
2.4.1 基本控制方程 |
2.4.2 等效声电网络模型 |
2.5 行波热声发电系统整机模型 |
2.5.1 整机的频域线性热声模型 |
2.5.2 整机的时域网络模型 |
2.6 本章小结 |
3 行波热声发电系统实验装置 |
3.1 引言 |
3.2 行波热声发动机 |
3.3 直线发电机 |
3.4 行波热声发动机与直线发电机的双声源系统 |
3.5 行波热声发电系统 |
3.5.1 谐振管处耦合的行波热声发电系统 |
3.5.2 声容处耦合的行波热声发电系统 |
3.6 测量系统及误差分析 |
3.6.1 测量与数据采集系统 |
3.6.2 压力测量 |
3.6.3 温度测量 |
3.6.4 功率测量 |
3.6.5 位移测量 |
3.7 本章小结 |
4 基于时域网络模型的行波热声发动机热声起振特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 行波热声发动机的理论建模 |
4.2.1 控制方程的离散方法 |
4.2.2 数值求解方法 |
4.2.3 网格无关性验证 |
4.3 行波热声发动机起振过程的模拟结果与实验验证 |
4.3.1 压力波演化过程 |
4.3.2 起振温度及频率的计算结果与实验验证 |
4.3.3 品质因子的计算结果与实验验证 |
4.3.4 主要物理量的动态变化和分布特性 |
4.4 模型的适用范围讨论 |
4.5 本章小结 |
5 热-声-机耦合双声源系统的拍频振荡研究 |
5.1 引言 |
5.2 双声源系统的理论建模 |
5.3 直线发电机激励热声发动机的动态响应和频率响应 |
5.3.1 热声发动机的动态响应 |
5.3.2 热声发动机的频率响应 |
5.4 双声源系统压力波的拍频振荡过程 |
5.4.1 数值模拟结果 |
5.4.2 实验结果 |
5.5 拍频振荡频率的影响因素 |
5.5.1 加热温度的影响 |
5.5.2 动质量、弹簧刚度和谐振管长度的影响 |
5.6 本章小结 |
6 行波热声发电系统的声阻抗匹配研究 |
6.1 引言 |
6.2 声阻抗匹配的基本原理 |
6.3 热声发动机的输出声阻抗 |
6.3.1 输出声功和热声效率 |
6.3.2 等效位移、压力及相位关系 |
6.3.3 工作频率 |
6.4 直线发电机的输入声阻抗 |
6.4.1 工作频率的影响 |
6.4.2 串联电容的影响 |
6.4.3 负载电阻的影响 |
6.5 行波热声发电系统整机的声阻抗匹配 |
6.5.1 工作频率的匹配 |
6.5.2 谐振管处耦合 |
6.5.3 声容处耦合 |
6.6 本章小结 |
7 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 主要创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
(3)中高频热声驱动脉冲管制冷的工作机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
1-1 研究背景 |
1-2 热声技术的发展 |
1-2-1 热声效应的发现 |
1-2-2 热声理论的发展 |
1-2-3 热声发动机的发展 |
1-2-4 热声制冷机的研究 |
1-3 本文的主要研究内容 |
第二章 热声理论 |
2-1 前言 |
2-2 回热器的介观热力循环理论的描述 |
2-3 线性热声理论 |
2-3-1 基本热声方程 |
2-3-2 热声方程的解 |
2-3-3 热声热机的时均能量效应 |
2-4 线性程序计算方法 |
2-5 简化湍流模型 |
2-6 小结 |
第三章 通用惯性管选型图表的研究 |
3-1 研究背景 |
3-2 理论模型 |
3-2-1 线性热声理论 |
3-2-2 简化的湍流模型 |
3-2-3 计算值与实验值的比较 |
3-3 通用惯性管选型图表的绘制 |
3-3-1 图表的形式的选择 |
3-3-2 通用图表的绘制 |
3-3-3 使用范例 |
3-4 组合惯性管的初步研究 |
3-5 小结 |
附录一 |
第四章 高频驻波发动机驱动脉冲管制冷机的研究 |
4-1 研究背景及意义 |
4-2 300Hz 热声发动机驱动脉冲管制冷机实验系统 |
4-2-1 热声发动机的主要部件 |
4-2-2 声压放大器 |
4-2-3 高频脉冲管制冷机 |
4-3 测量和数据采集系统 |
4-3-1 温度的测量 |
4-3-2 压力的测量 |
4-3-3 功率的测量 |
4-4 300Hz 热声驱动脉冲管制冷机的特性研究 |
4-4-1 最佳制冷效果及整机模拟 |
4-4-2 热声发动机部分的影响 |
4-4-3 声压放大器的影响 |
4-4-4 脉冲管制冷机结构参数的影响 |
4-4-5 运行参数的影响 |
4-5 300Hz 小系统的实验研究 |
4-5-1 高温区部件的设计 |
4-5-2 新型绝热材料的应用 |
4-5-3 制冷性能研究 |
4-6 行波热声驱动脉冲管制冷机的研究 |
4-7 小结 |
附录二 |
第五章 更高频的热驱动脉冲管制冷机的探索 |
5-1 500Hz 热声驱动脉冲管制冷机 |
5-1-1 系统结构简介 |
5-1-2 耦合结构的研究 |
5-1-3 平均压力的影响 |
5-1-4 惯性管的影响 |
5-1-5 温降曲线 |
5-1-6 热声不稳定现象的研究 |
5-2 高频回热器填料的研究 |
5-2-1 回热器填料介绍 |
5-2-2 纤维毡填料的计算模型 |
5-2-3 纤维毡填料脉冲管制冷机的实验研究 |
5-3 小结 |
第六章 全文总结及前景展望 |
6-1 全文总结 |
6-2 前景展望 |
参考文献 |
附录三 |
致谢 |
(4)热声发动机自激振荡过程及热声转换特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
§1-1 课题背景与研究意义 |
§1-2 热声技术的研究进展 |
§1-2-1 热声现象的发现 |
§1-2-2 热声发动机的研究进展 |
§1-2-2-1 驻波型热声发动机 |
§1-2-2-2 行波型热声发动机 |
§1-2-2-3 串级型热声发动机 |
§1-2-3 热声发电机的研究进展 |
§1-2-4 热声制冷机的研究进展 |
§1-2-4-1 低温温区热声制冷机 |
§1-2-4-2 室温温区热声制冷机 |
§1-3 热声理论的研究进展 |
§1-3-1 线性热声理论 |
§1-3-2 非线性热声理论 |
§1-4 论文的主要工作 |
第2章 热声效应的热力学基础和热声理论 |
§2-1 前言 |
§2-2 热声效应的热力循环过程 |
§2-3 线性热声理论 |
§2-3-1 线性热声方程组 |
§2-3-2 线性热声方程组的解 |
§2-3-3 时均热声能量效应 |
§2-4 基于线性热声理论的数值模拟 |
§2-4-1 计算模型 |
§2-4-2 热声发动机系统的数值模拟算法 |
§2-4-3 热声发动机驱动负载系统的数值模拟算法 |
§2-5 本章小结 |
第3章 热声斯特林发动机的计算流体动力学(CFD)模拟 |
§3-1 前言 |
§3-2 CFD 计算简介 |
§3-2-1 CFD 方法模拟热声系统的特点 |
§3-2-2 Fluent 简介 |
§3-3 热声斯特林发动机的模拟 |
§3-3-1 计算模型的构建 |
§3-3-2 解算器和计算格式 |
§3-3-3 计算结果和讨论 |
§3-3-3-1 起振过程 |
§3-3-3-2 主要物理量分布特性 |
§3-3-3-3 声直流及抑制 |
§3-3-3-4 多维效应 |
§3-3-4 计算结果与实验结果的对比 |
§3-3-5 三维模型及计算结果 |
§3-4 本章小结 |
第4章 驻波热声发动机的计算流体动力学模拟. |
§4-1 前言 |
§4-2 计算模型的构建 |
§4-3 计算结果和讨论 |
§4-3-1 起振过程 |
§4-3-2 主要物理量分布特性 |
§4-3-3 多维效应 |
§4-4 计算结果与实验结果的对比 |
§4-5 本章小结 |
第5章 高频驻波热声发动机及其驱动负载的研究 |
§5-1 前言 |
§5-2 高频驻波热声发动机实验系统装置. |
§5-2-1 高频驻波热声发动机 |
§5-2-1-1 板叠 |
§5-2-1-2 换热器 |
§5-2-1-3 谐振管 |
§5-2-1-4 高温热腔 |
§5-2-1-5 保温系统 |
§5-2-2 负载 |
§5-2-3 测量和数据采集系统 |
§5-2-3-1 温度的测量 |
§5-2-3-2 压力的测量 |
§5-2-3-3 功率的测量 |
§5-3 高频驻波热声发动机基本特性的实验研究和分析 |
§5-3-1 漏热的测量 |
§5-3-2 起振过程 |
§5-3-3 运行参数对发动机性能的影响 |
§5-3-3-1 加热温度(功率)的影响. |
§5-3-3-2 平均压力的影响 |
§5-3-4 结构参数对发动机性能的影响 |
§5-3-4-1 板叠尺寸的影响 |
§5-3-4-2 谐振管形状的影响 |
§5-3-4-3 热腔长度的影响 |
§5-4 高频驻波热声发动机驱动负载的实验研究及分析 |
§5-4-1 驱动高频脉冲管制冷机的实验结果 |
§5-4-2 驱动RC 负载的计算和实验结果 |
§5-5 本章小结 |
第6章 高频热声斯特林发动机的实验研究 |
§6-1 前言 |
§6-2 高频热声斯特林发动机简介 |
§6-3 高频热声斯特林发动机实验系统装置 |
§6-3-1 换热器 |
§6-3-2 回热器 |
§6-3-3 惯性管和声容腔 |
§6-3-4 热缓冲管 |
§6-3-5 谐振管 |
§6-3-6 其他 |
§6-4 高频热声斯特林发动机的实验研究及分析. |
§6-4-1 起振特性 |
§6-4-2 重力场对发动机性能的影响 |
§6-4-3 运行参数对发动机性能的影响 |
§6-4-4 回热器丝网目数对发动机性能的影响 |
§6-4-5 工质对发动机性能的影响 |
§6-5 高频热声斯特林发动机与高频驻波热声发动机初步实验对比 |
§6-6 本章小结 |
第7章 全文总结和今后工作展望 |
§7-1 全文总结 |
§7-2 今后工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(5)高效率G-M型脉管制冷机的理论与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
目录 |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
§1-1 课题背景及研究意义 |
§1-2 脉管制冷机的发展历史简介 |
§1-2-1 脉管制冷机调相装置的发展 |
§1-2-2 脉管制冷机的理论发展 |
§1-2-3 脉管制冷的分类 |
§1-3 G-M型脉管制冷机的研究进展 |
§1-3-1 单级G-M型脉管制冷机的研究进展 |
§1-3-2 多级G-M型脉管制冷机的研究进展 |
§1-4 本文的主要工作 |
第二章 脉管制冷机的热力学分析 |
§2-1 前言 |
§2-2 小孔型脉管制冷机的热力学分析 |
§2-2-1 热端换热器 |
§2-2-2 冷端换热器 |
§2-2-3 回热器 |
§2-2-4 小孔型脉管的完整模型 |
§2-3 双向进气型脉管制冷机的热力学分析 |
§2-4 回热器效率和制冷机最低制冷温度 |
§2-5 本章小结 |
第三章 G-M型单级脉管制冷机回热器的数值计算和分析 |
§3-1 脉管制冷机的损失分析 |
§3-1-1 脉管制冷机的总制冷量 |
§3-1-2 脉管制冷机的主要损失 |
§3-1-3 回热器内的实际气体损失 |
§3-1-4 脉管制冷机的脉管损失 |
§3-2 REGEN 3.2简介 |
§3-3 回热器的分段性能计算及分析 |
§3-3-1 20-80K温区回热器的计算结果和分析 |
§3-3-2 80-300K温区回热器的计算结果和分析 |
§3-4 低频脉管制冷机回热器的整体性能计算和分析 |
§3-5 本章小结 |
第四章 G-M型单级脉管制冷实验系统 |
§4-1 制冷机系统 |
§4-1-1 氦压缩机 |
§4-1-2 平面旋转阀 |
§4-1-3 单级脉管制冷机 |
§4-2 真空系统 |
§4-3 测量系统 |
§4-4 本章小结 |
第五章 G-M型单级脉管制冷机的性能优化 |
§5-1 配气系统参数的优化 |
§5-1-1 频率对系统性能的影响 |
§5-1-2 充气压力对系统性能的影响 |
§5-1-3 压缩机对系统性能的影响 |
§5-2 热端调相装置的优化 |
§5-2-1 阀门对制冷性能的影响 |
§5-2-2 气库容积对制冷性能的影响 |
§5-3 回热器性能的优化 |
§5-3-1 不同品质铅丸对脉管性能的影响 |
§5-3-2 15K以下温区回热器性能的改进 |
§5-3-3 80-300K温区回热器性能的改进 |
§5-4 制冷机的最佳性能和长时间运行试验 |
§5-4-1 制冷机的最佳性能 |
§5-4-2 制冷机的长时间运行和重复性实验 |
§5-5 用于液氢回收利用的新单级G-M型脉管制冷机的制作和优化 |
§5-5-1 系统方案简介 |
§5-5-2 新的单级G-M脉管制冷机的制作和调试 |
§5-6 本章小结 |
第六章 液氦温区分离型二级脉管制冷机的研制 |
§6-1 分离型和传统耦合型二级脉管制冷机的比较 |
§6-2 实验装置 |
§6-2-1 分离型二级脉管制冷机 |
§6-2-2 测量系统 |
§6-3 双压缩机双旋转阀驱动模式的实验结果 |
§6-4 单压缩机单旋转阀驱动模式的实验及其优化 |
§6-5 本章小结 |
第七章 全文总结与展望 |
§7-1 全文总结 |
§7-2 本文的创新点 |
§7-3 展望 |
参考文献 |
附录一 G-M型单级脉管制冷机实验台的实物照片 |
附录二 丝网材料在显微镜下的放大照片 |
附录三 功博期间的主要研究成果 |
附录四 参与的科研项目、获奖和荣誉称号 |
致谢 |
(6)液氮至液氢温区的热声驱动低温制冷机的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
第1章 绪论 |
§1-1 课题研究背景 |
§1-2 热声技术的研究进展 |
§1-2-1 热声效应的发现 |
§1-2-2 热声发动机的发展 |
§1-2-2-1 驻波热声发动机的发展 |
§1-2-2-2 行波热声发动机的发展 |
§1-2-2-3 串级热声发动机的发展 |
§1-2-3 热声制冷机的发展 |
§1-2-3-1 传统热声制冷机的发展 |
§1-2-3-2 脉冲管制冷机的研究进展 |
§1-3 热声理论的研究进展 |
§1-3-1 线性热声理论的研究 |
§1-3-2 非线性热声理论的研究 |
§1-3-3 关于脉冲管制冷机的其他理论 |
§1-4 热声驱动低温制冷机的研究进展 |
§1-5 本文的主要工作 |
第2章 热声理论基础 |
§2-1 前言 |
§2-2 热声效应的介观热力学分析 |
§2-2-1 回热器内气体微团热力过程 |
§2-2-2 回热器与换热器交界面处气体微团的热力过程 |
§2-2-2-1 平衡位置位于回热器内 |
§2-2-2-2 平衡位置位于换热器内 |
§2-2-3 回热器内微团位移关系的推导 |
§2-2-4 回热器卡诺效率的证明 |
§2-2-5 换热器内的微团热力过程 |
§2-2-6 脉管(热缓冲管)内的微团热力过程 |
§2-3 线性热声理论 |
§2-3-1 基本热声方程 |
§2-3-2 热声方程组的解 |
§2-3-3 热声时均能量效应 |
§2-4 数值模拟算法 |
§2-5 本章小结 |
第3章 脉冲管制冷机调相机构的研究 |
§3-1 前言 |
§3-2 带气库型和无气库型惯性管调相机理的讨论 |
§3-2-1 理论分析 |
§3-2-2 计算结果 |
§3-2-3 计算实例 |
§3-2-4 应用实例——液氮温区的热声驱动低温制冷机 |
§3-3 双向进气作用 |
§3-3-1 双向进气作用的初步分析 |
§3-3-2 程序计算 |
§3-3-3 关于惯性管性能的准则 |
§3-4 惯性管调相能力的讨论 |
§3-5 双向进气结构的改进 |
§3-5-1 直流抑制器 |
§3-5-2 可行性分析 |
§3-5-3 试验装置和结果 |
§3-6 本章小结 |
第4章 热声驱动低温制冷机耦合方式的研究 |
§4-1 前言 |
§4-2 声学变压器 |
§4-2-1 声学变压器的结构及基本原理 |
§4-2-2 理论计算 |
§4-2-3 试验装置与结果 |
§4-2-4 存在的问题 |
§4-3 二介质耦合方法 |
§4-3-1 实验装置 |
§4-3-2 实验与结果 |
§4-3-3 存在的问题 |
§4-4 声学压力波放大器 |
§4-4-1 理论计算 |
§4-4-1-1 用等直径管作为声学压力波放大器 |
§4-4-1-2 使用锥管的设想 |
§4-4-2 实验与结果 |
§4-4-3 计算误差分析 |
§4-5 用声学压力波放大器耦合热声驱动低温制冷机的研究 |
§4-5-1 理论计算 |
§4-5-2 耦合热声发动机和单级脉冲管制冷机 |
§4-5-3 耦合热声发动机和两级脉冲管制冷机 |
§4-6 二介质耦合声学压力波放大器 |
§4-6-1 理论计算分析 |
§4-6-2 试验装置与结果 |
§4-7 本章小结 |
第5章 液氢温区热声驱动低温制冷机的研究 |
§5-1 前言 |
§5-2 试验系统 |
§5-2-1 聚能型行波热声发动机 |
§5-2-1-1 行波回路 |
§5-2-1-2 谐振器 |
§5-2-2 制冷机 |
§5-2-3 二介质耦合声学压力波放大器 |
§5-2-4 测量系统 |
§5-3 几个问题的改进 |
§5-3-1 耦合位置的改进 |
§5-3-2 脉管内声流的抑制 |
§5-3-2-1 重力的作用 |
§5-3-2-2 脉管直径的影响 |
§5-3-2-3 突变截面的影响 |
§5-3-3 辐射屏的设计 |
§5-4 实验与结果 |
§5-4-1 耦合器尺寸的选择 |
§5-4-2 最低制冷温度的获得 |
§5-4-3 制冷量的测量 |
§5-5 本章小结 |
第6章 液氦温区热声制冷机的数值模拟研究 |
§6-1 前言 |
§6-2 高频多级脉冲管制冷机问题的讨论 |
§6-2-1 回热器填料的讨论 |
§6-2-1-1 一级回热器填料的选择 |
§6-2-1-2 二级回热器填料的选择 |
§6-2-1-3 三级回热器填料 |
§6-2-1-4 回热器填料的加工 |
§6-2-2 工作气体的选择 |
§6-2-3 脉冲管制冷机结构的讨论 |
§6-3 三级脉冲管制冷机的数值模拟 |
§6-3-1 回热器尺寸的影响 |
§6-3-2 回热器填料的影响 |
§6-3-3 脉管尺寸的影响 |
§6-3-4 工作气体的影响 |
§6-4 本章小结 |
第7章 全文总结 |
参考文献 |
附录一 攻博期间发表的论文及申请的专利目录 |
附录二 参与的科研项目及获奖情况 |
致谢 |
(7)高频微型声驱动热声制冷机的理论探索与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
插图和附表清单 |
第一章 绪论 |
1.1 热声研究的背景和意义 |
1.2 热声机理的理论探索 |
1.2.1 热声效应的发现 |
1.2.2 热声效应机理 |
1.2.3 热声机理的基本理论发展 |
1.3 热声制冷机原理简介 |
1.3.1 声波特性 |
1.3.2 热声制冷之热力过程 |
1.4 热声装置的工程化应用进展 |
1.4.1 热声发动机的工程化进展 |
1.4.2 热声制冷机的工程化进展 |
1.4.3 微型热声装置的工程化进展 |
1.5 本文研究的主要问题 |
第二章 高频微型热声制冷机的理论基础和模型分析 |
2.1 前言 |
2.2 高频微型热声制冷机的线性热声理论基础 |
2.2.1 基本热声方程 |
2.2.2 总能流 |
2.2.3 时均声功流 |
2.3 高频微型热声制冷机的模型分析 |
2.3.1 热声装置工作的基本性能参数 |
2.3.2 系统的基本声场分布 |
2.3.3 系统内各热声元件的优化设计 |
2.3.4 工程化的无因次数值模拟方法 |
2.3.5 渐缩锥管部件的引入 |
2.4 调频谐振腔的设计 |
2.5 本章小结 |
第三章 高频微型热声制冷机的实验装置 |
3.1 前言 |
3.2 实验装置 |
3.2.1 充调压系统 |
3.2.2 声驱动腔 |
3.2.3 热声核心段以及整机实物图 |
3.3 数据测量及动态采集系统 |
3.3.1 温度、压力测量和显示仪器 |
3.3.2 声驱动系统功率发生及功率测量仪器 |
3.3.3 试验数据采集系统以及动态数据采集程序 |
3.3.4 测量点的分布 |
3.4 本章小结 |
第四章 复合结构PZT声驱动器的研制 |
4.1 前言 |
4.2 微型声驱动器选型依据 |
4.3 压电材料的基本性质 |
4.3.1 压电效应以及常用的压电材料简介 |
4.3.2 压电振动元件结构及特性 |
4.3.3 单片压电振子的振动模拟方程 |
4.4 复合结构PZT声驱动器结构 |
4.4.1 振膜材料与压电双晶片元件的频率匹配 |
4.4.2 多片压电晶片机械串联声驱动器性能试验 |
4.4.3 复合结构PZT声驱动器的装配 |
4.5 声驱动器谐振空管试验 |
4.5.1 声驱动器的自由声场频率特性 |
4.5.2 谐振管与声驱动器的频率匹配 |
4.5.3 不同平均压力对驱动器的影响 |
4.6 三层叠片声驱动器最佳工况选取 |
4.7 本章小结 |
第五章 高频微型热声制冷机实验研究 |
5.1 前言 |
5.2 重新评估数值模拟选取的工况参数 |
5.3 换热器换热量估算及制作过程 |
5.4 制冷性能试验 |
5.4.1 试验记录表格 |
5.4.2 温差实验结果及分析 |
5.4.3 制冷量结果及板叠漏热分析 |
5.4.4 尼龙与不锈钢丝网板叠性能对比实验 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文总结和展望 |
6.1 全文工作总结 |
6.2 对于以后工作的展望 |
参考文献 |
附录1 压电双晶片产品规格书 |
附录2 作者在攻读博士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(8)驻波型热声发动机性能强化及其驱动脉管制冷特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
目录 |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景与研究意义 |
1.2 热声发动机的实验研究进展 |
1.3 脉管制冷机的研究进展 |
1.4 热声发动机驱动脉管制冷机的研究进展 |
1.5 本文主要工作 |
第二章 采用锥形谐振管热声发动机的数值模拟与性能分析 |
2.1 热声发动机数值模拟程序简介 |
2.2 采用锥形谐振管热声发动机的数值模拟 |
2.3 采用锥形谐振管热声发动机的实验研究 |
2.4 本章小结 |
第三章 声压放大器在热声发动机中的应用 |
3.1 声压放大器的提出 |
3.2 声压放大器的原理 |
3.3 带声压放大器的热声发动机的数值模拟 |
3.4 带声压放大器的热声发动机的实验研究 |
3.5 本章小结 |
第四章 热声发动机驱动RC负载研究 |
4.1 热声发动机驱动RC负载的数值模拟 |
4.2 热声发动机驱动RC负载的实验研究 |
4.3 带声压放大器的热声发动机驱动RC负载的数值模拟 |
4.4 带声压放大器的热声发动机驱动RC负载的实验研究 |
4.5 本章小结 |
第五章 带声压放大器的热声发动机驱动脉管制冷机实验研究 |
5.1 带声压放大器热声发动机驱动脉管制冷机实验装置简介 |
5.2 带声压放大器的热声发动机驱动脉管制冷机实验研究 |
5.3 改进型带声压放大器的热声发动机驱动脉管制冷机实验研究 |
5.4 本章小结 |
第六章 全文总结 |
6.1 工作总结 |
6.2 主要创新点 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
附录一 攻博期间研究成果 |
附录二 参与科研项目及获奖情况 |
致谢 |
(9)热声发动机多路声功输出模拟及燃气驱动方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
目录 |
第1章 绪论 |
1.1 本文研究背景和意义 |
1.2 热声研究发展史 |
1.2.1 二十世纪五十年代以前 |
1.2.2 二十世纪后半叶 |
1.2.3 2000年前后的快速发展 |
1.2.4 我国的热声研究 |
1.3 本文的主要工作 |
第2章 线性热声理论与 DeltaE |
2.1 热声理论研究的发展 |
2.2 线性热声理论概述 |
2.2.1 线性热声理论的基本假设 |
2.2.2 线性热声理论通用模型 |
2.2.3 声功 |
2.3 DeltaE简介 |
2.4 斯特林热声发动机计算模型 |
2.4.1 模型的建立 |
2.4.2 模型的调试 |
2.4.3 模型的使用 |
2.5 本章小结 |
第3章 热声发动机多负载声功输出研究 |
3.1 声功输出的测量与模拟计算 |
3.2 实验装置 |
3.2.1 热声发动机及负载 |
3.2.2 测量系统 |
3.3 单负载的输出特性分析 |
3.3.1 声功 |
3.3.2 加热温度 |
3.3.3 加热功率 |
3.4 多负载输出特性分析 |
3.4.1 声功 |
3.4.2 热效率 |
3.4.3 (火用)效率 |
3.5 本章小结 |
第4章 燃气驱动的热声发动机初步实验研究 |
4.1 实验装置与测量系统 |
4.2 实验结果分析 |
4.2.1 起振特性 |
4.2.2 压力振荡强度 |
4.2.3 频率特性 |
4.2.4 声功输出 |
4.2.5 直流抑制 |
4.3 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间主要成果 |
致谢 |
(10)斯特林热声发动机的理论与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 热声发展历程 |
1.3 本文的工作 |
第二章 热声及其直流理论 |
2.1 热声基本理论 |
2.1.1 简单的声传输 |
2.1.2 粘性效应和热驰豫效应 |
2.1.3 具有温度梯度的最一般的热声模型 |
2.2 热声机械中的直流 |
2.2.1 直流的机理 |
2.2.2 其它类型的直流 |
2.2.3 直流的抑制 |
2.2.4 直流的积极利用 |
2.3 本章小结 |
第三章 斯特林热声发动机的直流抑制 |
3.1 实验装置与直流抑制手段 |
3.1.1 实验装置与测量系统 |
3.1.2 直流抑制手段 |
3.2 直流对热声发动机温度分布的影响 |
3.2.1 回热器的轴向温度分布 |
3.2.2 TBT的轴向温度分布 |
3.3 直流对热声发动机热声转换效率的影响 |
3.3.1 压比与加热器温度的关系 |
3.3.2 压比与加热功率的关系 |
3.3.3 压比与输入可用能的关系 |
3.4 直流对热声发动机声功输出的影响 |
3.4.1 可变负载法 |
3.4.2 声功输出 |
3.5 直流的定量化 |
3.5.1 简化的焓流模型 |
3.5.2 理论计算与实验结果 |
3.6 本章小结 |
第四章 斯特林热声发动机的声功输出 |
4.1 不同负载的声功输出特性 |
4.2 声学放大器 |
4.2.1 基本原理 |
4.2.2 压比的提升 |
4.2.3 声功输出特性 |
4.3 声功输出位置的改变 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间主要成果 |
致谢 |
四、脉管制冷机理论和结构的重要发展——荣获1999年度国家自然科学四等奖(论文参考文献)
- [1]液氮温区百瓦级制冷量高频脉冲管制冷机的理论及实验研究[D]. 李嘉麒. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(01)
- [2]行波热声发电系统热—声—电耦合及转换机理研究[D]. 王凯. 浙江大学, 2014(05)
- [3]中高频热声驱动脉冲管制冷的工作机制研究[D]. 朱尚龙. 中国科学院研究生院(理化技术研究所), 2009(03)
- [4]热声发动机自激振荡过程及热声转换特性研究[D]. 余国瑶. 中国科学院研究生院(理化技术研究所), 2008(10)
- [5]高效率G-M型脉管制冷机的理论与实验研究[D]. 何永林. 浙江大学, 2007(05)
- [6]液氮至液氢温区的热声驱动低温制冷机的研究[D]. 胡剑英. 中国科学院研究生院(理化技术研究所), 2007(04)
- [7]高频微型声驱动热声制冷机的理论探索与实验研究[D]. 胡鹏. 中国科学院研究生院(理化技术研究所), 2007(04)
- [8]驻波型热声发动机性能强化及其驱动脉管制冷特性研究[D]. 包锐. 浙江大学, 2007(05)
- [9]热声发动机多路声功输出模拟及燃气驱动方法研究[D]. 赵亮. 浙江大学, 2006(05)
- [10]斯特林热声发动机的理论与实验研究[D]. 谭永翔. 浙江大学, 2006(01)