双声源热声制冷机的理论与实验研究
热声热机（制冷机）是一种新型能量转换装置，具有能源品位低、无环境污染及可靠性高等特点。随着热声制冷这一技术的快速发展，再加上其于动力工程中的优异表现，可以预测无论是于高温超导领域，还是于航天航空，乃至低温工程，再到医疗等诸多领域的应用前景都是非常广阔的。于能源利用和能量转换方面，热声热机具有显著的技术优点，以及热声学丰富的研究成果、良好的应用前景显示出热声理论的研究和热声热机的开发具有蓬勃的发展生机。 基于对热声理论予以全面认知的基础之上，自特征时间和网络模型，还有热力学这几个方面对双声源热声制冷机之具体性能予以了分析，借助实验，对充气压力、谐振频率、回热器丝网目数等于制冷温度方面所产生的影响予以了评析，为热声制冷机的工程化奠定理论和实验基础。 本文的工作主要由以下几个部分组成： 从热声基本方程推导，推导出流道中的网络传输方程，以此为基础构造了双声源热声制冷机各个部件的网络模型，并得到了各个部件网络的传输矩阵及双声源热声制冷机所对应之整机模型。借助网络模型的建构，基于对阻抗匹配这一原则予以的应用，在理论计算的基础上获得振荡频率，寻求了双声源热声制冷机振荡频率与系统长度、气体静压力的关系。 从时变率相似分析方法入手，逐步得到热声系统的特征时间及指出其作为热声系统的一个重要特征参数的意义。在有限时间热力学理论基础上以生态学为目标函数对双声源热声制冷机所用之回热器的相关性能予以分析。在本质上，熵产分析以及有限时间的热力学分析二者之间存在紧密的联系，推导双声源热声制冷机所用的回热器中的流动换热之熵产所对应的表达式，对其特征时间及阻抗比对熵产率的影响予以分析。利用有限时间热力学的方法以热力学第二定律做基本的优化目标，对变温热源这一条件下的循环性能予以分析和认识，并由数值计算分析了温度梯度及气体微团振荡的平衡位置对热声制冷机火用效率的影响 根据热声学理论以及多年来对热声装置研究的实践经验，对双声源热声制冷机整机、各部件结构参数和运行参数等进行优化选择由于单声源驱动的系统其谐振管边界条件以及回热器在谐振管中的位置调节异常繁琐，有些实际的声场很难通过单声源驱动的系统调试出来。双声源系统则通过两个驱动源，灵活调节系统的工作声场。 最后，在实验室现有实验装置的基础针对双声源热声制冷机进行了实验，分别针对回热器填料物选取、充气压力及谐振频率对温差的影响、声压幅值与谐振频率的关系、声压幅值与相位差的关系等方面进行了实验，并把回热器冷端温度理论计算值和实验测量值进行了对比。
双声源;热声制冷机;特征时间;生态学性能
武汉工程大学
硕士
化工过程机械
吴锋
2016
中文
TB651
117
2018-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）