《強化回熱器熱聲效應的工質最佳化研究》是依託北京理工大學，由康慧芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：強化回熱器熱聲效應的工質最佳化研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：康慧芳
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱聲系統內的聲振盪工質是熱能和聲能傳遞、儲存與轉換的載體。已有研究結果表明，不同的熱聲系統對工質特性參數有著不同的要求，小的普朗特數和大的比熱容比無法普適於各類熱聲系統。目前，尚缺乏對熱聲熱機中聲振盪工質的系統研究。本項目擬從理論和實驗兩個方面入手，對熱聲熱機中的工質展開詳細、系統的研究。採用雙聲源驅動的實驗方法，解決回熱器複雜聲場調控的實驗研究，豐富熱聲學研究的實驗方法。建立聲場邊界可調節的熱聲回熱器實驗平台，比較全面地獲得回熱器複雜聲場，綜合各種結構參數的回熱器設計及各類工質的混合調製，使用正交實驗法為工質最佳化研究提供有效的實驗結果。結合理論與實驗研究，探索工質特性參數對熱聲轉換的作用機理，在不同的回熱器結構和工作聲場條件下對工質進行綜合最佳化，揭示工質與各類熱聲回熱器的匹配規律，獲得熱聲熱機中評價工質性能的綜合因子，為熱聲熱機最佳化設計中工質選擇提供指導。
結題摘要
熱聲系統內的聲振盪工質是熱能和聲能傳遞、儲存與轉換的載體。本項目從理論和實驗兩方面入手，對熱聲熱機中的工質展開詳細、系統的研究。為研究不同聲場條件下氣體工質對回熱器熱聲轉換特性的影響，採用如下方法調整回熱器中聲場特性：（1）使用不同的管道結構（即不同機型），以控制熱聲回熱器處的聲場條件；（2）在多功能單元的級聯型熱聲系統中，通過一個吸聲元件調整系統中行駐波比例，研究各個功能單元在不同行駐波條件下的轉換特性。為此，搭建了幾種熱聲熱機實驗系統（行波型熱聲發動機、駐波熱聲發動機、駐波型熱聲發電機、行波型熱聲發電機和級聯型熱聲製冷系統），針對這幾種熱聲系統進行了工質最佳化實驗研究。實驗研究表明：雖然工質特性不同，但各種機型各自的最優相對水利半徑（回熱器水利半徑與熱滲透層深度比值）相差不大；增加He氣在Ar-He混合氣體中的比例，可增加系統諧振頻率，增加揚聲器振盪流速，能有效提高揚聲器輸出電功。通過調整熱聲系統中的工質，調整系統諧振頻率，研究了系統諧振頻率對壓力振幅的影響。研究結果表明，在熱聲發動機產生的聲功相同時（即系統的聲功耗散相同時），壓力振幅隨諧振頻率的升高而降低。基於行波熱聲發動機和熱聲發電機的研究，進一步地，本項目使用揚聲器作為聲電轉換器，發展了一種高性價比的級聯型熱聲發電系統。該級聯型熱聲發電裝置充入氦氣且充氣壓力為18bar時，系統諧振頻率為171Hz，，總熱電效率在總輸入電功為5.4kW時達到最大值3.43%，在輸入電功為6kW時，系統總輸出電功為204W。另外，基於本項目的研究發展了一種半波長級聯型熱驅動熱聲製冷系統。在一直線型半波長諧振器內依次布置三個功能單元（駐波熱聲發動機、行波熱聲發動機和行波熱聲制冷機），各個功能單元有機的結合，相互配合工作，在實現自身功能的同時為其他功能單元創造有利的工作環境。
