多回熱循環耦合型大功率高效行波熱聲轉換機理研究

《多回熱循環耦合型大功率高效行波熱聲轉換機理研究》是依託浙江大學，由孫大明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多回熱循環耦合型大功率高效行波熱聲轉換機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：孫大明
• 項目類別：面上項目

項目摘要

行波熱聲熱機具有效率高、結構簡單和運行可靠等突出優點，在節能減排領域具有廣闊的套用前景。為進一步提高其熱功轉換效率和推動其工業化套用，本課題將對多回熱循環耦合型大功率行波熱聲轉換機理開展深入研究。理論方面，建立熱聲回熱器的理論模型，深入研究回熱器微觀尺度內發生的能量轉換效應。探究多熱聲源的耦合作用規律。開展數值計算，研究各物理量場的動態演化規律，深入揭示大功率熱聲回熱器的工作機理。研究熱聲起振機理，探尋降低熱聲發動機起振溫度的有效途徑。在實驗研究方面，研製微米尺度薄膜型溫度感測器陣列，精確測量回熱器內的熱力參數分布規律，重構回熱器內完整的物理量場。搭建多回熱循環耦合型大功率行波熱聲發動機實驗平台，系統地開展實驗研究，揭示聲場和能量流分布的規律，探尋相位調節和聲功傳輸的高效方法。理論和實驗相結合，實現大功率的高效行波熱功轉換和低品位熱能利用，為實現熱聲熱機的工業套用奠定堅實的理論和實驗基礎。

結題摘要

在現階段的中國，能源的高效利用和可再生能源的開發具有重要的現實和戰略意義。熱聲熱機無運動部件，具有效率高、結構簡單、運行可靠且製造和維護成本低、環境友好、可利用各種熱源，為提高能源利用效率和利用可再生能源提供了一種理想解決方案。首先，本項目拓展了線性熱聲理論，從基本控制方程出發建立了回熱器的理論模型，並進一步建立了熱聲發動機的時域網路模型和一維非穩態模型，獲得了系統內各物理量場的動態演化過程，深入揭示了回熱器的工作機理，同時還搭建了一台回熱器性能測試實驗台。其次，基於熱聲時域網路模型和一維非穩態模型，得到了熱聲發動機的動態起振過程；結合實驗探究了系統品質因子的變化規律，通過品質因子來評估熱聲系統中聲功產生和耗散的性能；且基於一維非穩態模型，揭示了各外部擾動降低熱聲系統起振溫度的內在作用機理，及外部擾動因素對系統穩態工作性能的影響。再次，在行波熱聲發電系統研究中，提出熱聲發動機與直線電機、曲柄連桿電機等機械振子的阻抗匹配方法，實現了750W的電功輸出，這是國際上首次對行波熱聲發電系統的匹配特性開展系統的研究，為多聲源系統的耦合、協同工作提供了重要指導；然後，在多聲源熱聲系統中發現了“拍頻效應”，結合熱聲時域網路模型和實驗研究，探究了“拍頻現象”對系統的影響。最後，對多回熱循環耦合型的熱聲發動機及其發電系統開展了系統的數值模擬研究，搭建了一台三熱聲核行波熱聲發動機，其起振溫差可低至44 K，最大壓比接近1.3，同時開展了發動機環路中的射流抑制實驗，驗證了導流的必要性。以上研究為探求實現大功率高效行波熱聲轉換的有效途徑，推動熱聲技術的工業化套用奠定了堅實的理論基礎。