热声机械的研究现状及展望

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1、2009年第37卷第4期流体机械79文章编号：1005---0329(2009)o4—0079—04热声机械的研究现状及展望赵忠明’，李青。，胡忠军(1．华中科技大学，湖北武汉430073；2．中国科学院，北京100190)摘要：回顾了近几年国内外热声工作者在热声理论以及热声机械的研究进展，总结了近年来研究的热点方向，并对热声学研究今后的发展趋势进行了展望。关键词：热声理论；热声机械；研究热点中图分类号：TBrl文献标识码：AStudyStatusandProspectsoftheThermoacousticDeviceZHAOZhong—ming，LIQing，HUZhong．jun

2、(1．HuazhongUniversityofScience&Technology，Wuhan430074，China；2．ChineseAcademyofScience，Beijing100190，China)Abstract：Thedevelopmentaloriginofinvestigationonthermoacousticphenomenaisreviewed．Thelatestinvestigativecontentsareintroducedindetail．Theseveralhottopicsonstudiesinthisfieldatpresentwasbroug

3、htforward．Thedevelopmentprospectofthermoacousticsinthefutureisalsogiven．Keywords：thermoacoustictheory；thermoacousticdevices；hottopics1前言2热声效应及热声理论采用传统制冷技术的制冷设备大都有运动部热声系统一般是由高温热源和低温热源以及件，存在磨损、可靠性差、寿命低的缺点。热声技两相工质组成的系统，其中一相工质为具有可压术正是适应这种挑战而发展起来的，逐渐引起广缩性的流体，另一相工质为固体。当系统满足一泛的关注。定的几何和热力学边界条件时热声效应显现出热声

4、制冷技术与传统制冷技术相比具有许多来。热声效应是当具有压缩性的流体工质在该系优点：(1)可实现完全无运动部件的方式工作，不统中进行声振荡时与固体工质之间进行热力相互存在运动磨损和润滑油的问题，这样就保证了热作用而发生的时均能量转换效应_】J。根据能量转声热机的寿命长和可靠性高、制作成本低的优点；换方式的不同，热声效应分为两类：一是用热来产(2)可以采用热能驱动，利用低品味的能源，尤其生声，即热驱动的声振荡；二是用声来产生热流，是对于电能短缺而热能富集的场合例如工厂废热即声驱动的热量传输。基于前者可以研制热声发利用，荒漠和远海采油，更具有实际意义；(3)可实动机，取代目前以Rankine

5、循环和Brayton循环为现高效率，在理论上热声技术可以实现斯特林循主的动力系统；基于后者可以研制热声制冷机，取环，而斯特林循环是和卡诺循环的效率是一样高代目前以蒸汽压缩式为主的制冷系统。的；(4)良好的环保性。热声制冷技术不需要传统热声现象早在230多年前就已经被发现，按的制冷剂，它的制冷工质一般是惰性气体，不会破照声场的不同，热机可分为行波热机和驻波热机。坏大气和臭氧层。Sondhauss管和Rijke管分别是现代驻波型热声热收稿日期：2o08～10—16基金项目：国家自然科学基金项目(10804114)；中国科学院重大科研仪器研制项目(热声学介观测试系统)FLUIDMACHINE

6、RYVo1．37No．4，2009，机和行波热声热机的雏形，如图1所示。3．1国外情况1962年，美国新墨西哥大学Carter和他的学生Feldman在Sondhauss管中加入板叠研制出世声输出界上第一台有显著声功输出的驻波型热声发动机，在600W的输入热量下获得27W的声功率。自此，热声系统的现代研究揭开了大幕。LosAlamos热声研究小组Swift结合了驻波声场的高阻抗和行波声场的可逆热力循环的优JJJI热势，设计并制作了世界上第一台混合型热声发动机“热声斯特林发动机”，将热效率提高到(a)Sondhauss管30％J，两次荣获年美国“R&D100”奖。美国LosAlamos国

7、家实验室、国家标准技术Ill研究所和Cryeneo公司共同合作，研制成功的燃气驱动脉管制冷机液化天然气的装置，是目前热声发动机唯一工程化的项目10]。2005年它的液化率500加仑／日。工程的目标是通过燃烧15％的天然气液化其余85％的天然气。另一具有实用前景的是英国伦敦帝国理工大(b)Rijke管学的KeithPullen教授和RonDennis负责的热声图1Sondhauss管和Rijke管结构示意灶项目。。。项目时间为2007年到2012