近臨界區工質中的熱聲效應研究

《近臨界區工質中的熱聲效應研究》是依託浙江大學，由金滔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：近臨界區工質中的熱聲效應研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：金滔
• 項目類別：面上項目

項目摘要

傳統熱聲熱機工質多工作於遠離臨界點的狀態區域，本項目提出工作在流體近臨界區的熱聲熱機構想，其學術思想在於利用近臨界區內流體的特殊物性特徵來改變流體與固體間的相互作用，探討從工質所處狀態的角度來改善熱聲效應的技術路線和可行性。項目研究中，擬分析工質在近臨界區域的熱物性及其對熱聲轉換過程中工質微元熱力循環的影響，揭示近臨界區的熱聲效應機理，並據此討論有利於實現高效率熱聲轉換的工質熱物性；擬探索在近臨界區交變流場中的換熱過程特點，探索合理的加熱器和冷卻器結構形式；擬專題考察在近臨界區的熱聲起振消振行為特性。在此基礎上，合理選擇流體工質，構建實驗樣機，進而實驗研究近臨界工質套用於熱聲發動機的可行性。本項目研究有望為發展低品位熱源驅動的高效熱聲發動機系統提供一條新的思路，為其實用化奠定基礎。

結題摘要

本項目利用近臨界區內流體的特殊物性特徵來改變流體與固體間的相互作用，結合近些年興起的多級環路行波熱聲發動機，探討從工質所處狀態的角度來改善熱聲效應的技術路線和可行性。首先，基於流體在臨界點熱物性以及線性熱聲理論，通過計算分析了近臨界工質對熱聲諧振管傳輸性能以及對多級環路行波熱聲發動機起振過程的影響，發現採用近臨界工質可以降低聲功在諧振管內的耗散，還可能有助於降低系統的起振溫度。然後，利用熱聲計算軟體DELTAEC對四級環路行波熱聲發動機進行了最佳化設計，在此基礎上，建成了多級環路行波熱聲發動機實驗台。開展了多級環路行波熱聲發動機的初步實驗工作，驗證了該系統利用低品位熱源驅動的可行性。在對環路結構的調相機理分析的基礎上，提出了利用容腔和阻性管調節環路系統聲場的調相方式，並對這兩種調相方式進行了數值計算和實驗研究。結果表明：引入的容腔和阻性管都可以顯著改善系統的起振特性，起振溫度大幅下降，它們所處位置會很大程度上影響該熱聲熱機的起振特性。最後，搭建了用於驗證近臨界工質對熱聲系統適用性的多級環路行波熱聲發動機，實驗結果顯示，近臨界工質的高壓特性可以增加熱聲系統的能量密度，對於低品位熱源驅動的環路熱聲發動機有重要意義。