热声制冷技术.ppt

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1、热声制冷技术热声制冷原理热声震荡液氦细管用手指堵住此口Th管内气体自发震荡Tc温度比α=Th/Tc＞10能产生热声震荡温度比α=Th/Tc＜1.6热声震荡消失热源封闭气体的细管气体膨胀—压缩力—气流运动—气团与管壁接触换热气团急速运动气团与管壁的换热不完全传热边界层的粘滞性在管内径向（同截面）温度不同导致传热滞后压力波与温度波之间产生相位差—激发了气体的震荡因此，气体运动与传热之间的相位差是产生热声震荡的必要条件。热声驱动器（热声发动机或热声压缩机）由于是接近管壁的气团参与换热，要产生高强度的热声震荡，采用比

2、表面积较大的狭道组成热声发生器最为有效。被加热的工质在叠板中产生热声震荡，将一部分热能变为机械能，产生声功W，其余热量Qc作为费热通过冷却器释放到低温热源。冷却器（谐振管）谐振管的温度分布W=Qh-Qc，热效率η=W/Qh热声驱动器的一个重要结构参数是谐振管的长度。它和气体声速一起决定了热声震荡的频率。设：ν-声速，λ-波长，f-频率ν=λf的关系，f=1000/100=10m以氦为工质的谐波管的典型长度0.1~10m.谐振管长为1/2波长或1/4波长。相对应温度700~1000K温度300K谐振管的要求1、

3、加热器、热声板叠、冷却器应置于压力和位移值的非零区。2、加热器和冷却器由铜质翅片组成。3、热叠板用高热容固体平板，依严格的板间距v组成。4、板间距要求：是重要指标、决定板叠壁与工质气团间的热接触性质、激发热震荡的重要条件。合适的板叠间距，可导致气团与固体壁具有不良的热接触，以形成传热温差的滞后。分析表明，平板之间的距离宜大于几倍热渗透长度值，K-气体热导率，ρ-气体平均密度，Cp-气体比定压热容，δk-在时间内热量通过气体扩散的距离（微米量级）热声叠板的板间距与气体的热渗透长度有相当的数值。热声板叠的应用，使

4、热声总功率增大，因为与细管相比增加了许多并行的气流通道，使得温度与压力产生更大的滞后。热声制冷机输入声波（声功W）--扬声器或热声发动机谐振管内的气体受声压的作用，产生绝热压缩和膨胀。热声板叠左端的气团受到驻波的压缩，温度升高，向板叠放热。在热声板叠的右端，由于驻波低压相的绝热膨胀，气团的温度低于当地板叠温度，气团从板叠吸热。在声波的每一个循环中，气团将热量从热声板叠的右端向左端传递，使两端的温差增大。结果，热量Qc从冷端换热器（Tc）输送到热端换热器（Th)释放出热量Qh。室温需要的低温实验证明，在板叠上产

5、生ΔT的温差，在共振腔中产生压力和速度的变化。取一块板叠中的板，取气体中一个振动的微粒，声波和系统固有频率相同，发生共振，，产生的压力波使气体微粒受到周期性的压缩和膨胀，气体微粒沿板来回振动而发生位移。气体微粒的初温为T1被绝热压缩温度升高，气体微粒在声源驻波的作用下向左移（压力最大值处），温度变为T2，此时微粒的温度高于叠板温度，微粒向板传热（dQh)，这时微粒温度为T3，在驻波作用下，微粒向右移动，回到初始位置的过程中，经历了绝热膨胀，温度下降为T4，此时微粒的温度低于叠板，并将热量传给微粒(dQc)，使

6、得微粒的温度又恢复到T1。从而导致右端温度降低。板叠中的一块热声制冷机性能分析综合性能系数冷端换热器有效负荷外界对系统的输入电功热声制冷机的COP仅是商用制冷机的30%~40%。性能不高的原因：1、有害负荷，包括：声能的损耗引起的负荷、环境与系统间的换热、热端和冷端间的换热、声能转化的热能。2、流动效应和非线性效应，如工质流体中稳流的再循环效应、紊流效应等。3、专用换热器效率有待提高。4、设计上的简化和圆整等。考虑到电能转化为声能、声能在共振腔中传播、在热声核心实现热声制冷、热量从冷端传递到热端，产生的损失有

7、：电声转换损失、声波在共振腔中的损耗、声热转换中的不可逆损耗、换热器的效率。可得评定热声制冷机的综合COP：上式第一台空间用热声制冷机，1992年1月随“发现号”进入太空。是1/4波长的热声机，工作压力1Mp，工质97%氦、3%氩的混合物。板叠直径38mm、长度79mm。由顶部的扬声器产生400Hz的声波，获得3W的冷量，冷端温度50℃时热力完善度16%。磁悬浮离心机效率更高变频直接驱动----效率及部分负荷效率更高无摩擦磁性悬浮轴承二根径向/一根轴向磁性轴承R134a环保冷媒无油润滑，换热器传热表面无油粘附

8、超静噪音（150RT机组噪声低于60dBA）磁悬浮超效离心机120-150冷吨制冷机组采用无油磁力悬浮轴承压缩机R134a制冷剂MicroTechII™控制器WMC(WaterCooledMagneticBearingCompressorMTII机组控制器MTII压缩机控制器电子膨胀阀VFD启动柜#1#2电子膨胀阀视液镜察看阀体位置总计6386级，控制机组制冷量12vac电机压缩机冷却电机冷却管路干