低起振温差的热声热机特性研究

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1、分类号学号M201271081学校代码10487密级硕士学位论文低起振温差的热声热机特性研究学位申请人：：常进展学科专业：：制冷及低温工程指导教师：：张晓青副教授答辩日期：：2015年5月21号AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringCharacteristicInvestigationofLowOnsetTemperatureDifferentialThermoacousticEnginesCandidate:Chang:Jinzh

2、anMajor:Refrigerationand:CryogenicsSupervisor:Asso:.Prof.ZhangXiaoqingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作

3、者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□在____年解密后适用本授权书本论文属于不保密□（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日国家自然科学基金项目资助非线性热声的基础研究及其实验现象的数值重构与模拟分析(项目批准号：51476062)华中科技大

4、学硕士学位论文摘要热声技术是一种利用热声效应实现热能与声能（一种机械能量）转换的新技术，在低品位能源尤其是新能源和低温余热的利用方面有很大的应用前景。热声热机起振温度的高低直接关系到系统可利用能量的品位，因此，研究低温差的热声热机对于低品位能源的利用具有十分重要的意义。为了探索低起振温度和高性能热声热机系统的特性，本文开展了低温差热声热机系统的数值模拟研究，主要研究内容如下：1)利用DeltaEC软件，同时考虑系统效率与高温换热器加热温度，设计了低温差的驻波热声热机，并利用二端口网络模型及起振判据模拟分析了驻波热机的起振特性，研究了板叠和谐振管结构参数对热声热机稳

5、态和起振特性的影响。研究结果表明：在不同的充气压力下，存在最优的板叠间距，使起振温度最低，而最优板叠间距与热渗透率的比值基本不变，对于所研究的驻波热声热机，该比值大约为2.25。2)运用热声理论和传输矩阵方法推导了多级环形热声热机的起振条件式，该起振条件式是系统的结构配置、工况和工质热物性质的隐式函数，可以为热声热机的设计优化与性能分析提供一种工程实用的网络方法。将该网络方法用于多级环形热声热机的研究，模拟分析了起振特性及其影响因素。研究表明：在不同充气压力下，均存在获得最低起振温差的最优回热器丝网水力半径；热机的级数越多，起振温差和振荡频率越低。同时，利用Del

6、taEC软件对热机的稳态特性也进行模拟分析，计算了热声热机的输出声功和效率。研究结果表明：在相同的加热功率下，采用混合工质可以降低回热器两端所需的温差，并产生较大的声功率。3)运用推导的起振条件式，对多级环形热声热机驱动的制冷系统进行了起振特性及影响因素的研究；同时，分析了稳定工况下的系统特性，以及制冷温度和热机加热温度对系统性能的影响。研究结果显示：小型热声热机驱动的制冷系统有较低的起振温差；相对于制冷温度，制冷机单元的相对卡诺性能系数存在最大值，且热机的加热温度越高，该最大值也越大，对应的制冷温度越低。关键词：起振条件热声网络多级环形热声热机热声制冷机I华中科

7、技大学硕士学位论文ABSTRACTThermoacoustictechnologyisofapromisingnewtechnologyusingthermoacousticeffecttodealwiththeconversionbetweenthermalenergyandacousticenergy(asortofmechanicalenergy),andthereisagreatapplicationprospectintheutilizationoflowgradeenergy,andespecially,inthenewenergyandlowtemp

8、eratu