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自上世纪80年代以来,热声热机(发动机和制冷机)开始成为制冷技术领域的一个研究热点。由于热声热机使用环境友好的工作流体和材料,因此利用热声发动机驱动的热声制冷机,成为21世纪的“绿色”制冷机的重要选项之一。为了提高工作效率,热声发动机已从先前的驻波热声发动机发展到了行波热声发动机。目前,热声发动机的研究重心已转向高频大振幅的自激振荡。
在国家自然科学基金项目(NO:50676068)和湖北省教育厅重点项目(D200615002)的资助下,本课题组搭建了一台外激励高频行波热声发动机,其特点是具有双热激励与双外激励的灵活配置。实验装置设计灵活,不仅可以进行行波热声实验,而且还可以进行驻波热声实验。该实验装置具有尺寸小,起振温度低,压比大等优点。本文在此基础上完成了以下几方面的工作:
1.自行设计了一种新型的热声用冷却器,并对冷却器的换热性能做了理论计算。该种冷却器具有换热系数大,空隙率高等特点。
2.自行设计了一种新型的热声用陶瓷加热器,并对其加热性能做了理论计算。该种加热器的优点在于制作简单,孔隙率高,成本低,加热功率高,散热面积大,因而可以比较短,另外流道的比流通面积大,还可以避免加热过程中径向导热导致的热损失。
3.通过对热声网络理论的分析,构建了本实验装置的网络模型图。并对外激励驻波热声发动机的各部件阻抗进行了分析和计算。
4.在课题组人员的共同努力下,自行设计制造了一台新型外激励高频行波热声发动机,该发动机长1051 mm,高242mm,设计的最大的输入功率为600W,并对外激励驻波热声发动机的起振和稳定进行了实验研究。在外激励的驱动下,系统在481℃时起振。关掉外激励后,系统稳定的工作温度为456℃。