热声斯特林发动机系统的起消振过程研究

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1、万方数据2007年第3期总第157期低温工程CRYOGENICSNo．32007SumNo．157热声斯特林发动机系统起消振过程研究金滔毛长松汤珂洪剑平钟笑鸣(浙江大学制冷与低温研究所杭州310027)摘要：在自行研制的1台行波型热声斯特林发动机上考察其起振和消振行为。针对不同的加热功率和充气压力，系统地研究了起消振过程中的温度、压力变化特性，着重分析了滞后回路形成的过程和影响热声系统滞后回路的因素，指出滞后回路存在的条件，对深入理解热声系统的起消振行为具有参考意义。关键词：热声起振消振滞后回路中图分类号：TB651文献标识码：A文章编号：1000—6516(200

2、7)03m001-05StudyontheonsetanddampingprocessofathermoacousticStirlingprimemoVerJinTaoMaoChangsongTangKeHongJianpingZhongXiaoming(InstituteofRemgerationandcryogenics，zhejiallguniVersi‘y，HaIlgzhou310027，china)Abstract：SystematicexperimentshaVebeendoneonatraVelingwaVethenIloacousticStirlin

3、gprimemovertostudytheonsetanddampingbehaViors，focusingonthetemperatureandpressureVariationwithdifferentheatingpowersandchargingpressures．Ahystereticloopisalsofbundinthissystemanditsinnu—encingfactorsareanalyzedtodiscusstheconditionofitsoccurrence，whichisexpectedtohelpfhrtherun—derstand

4、ingthemechanismofthemoacousticoscillation．Keywords：thermoacoustics；onsetanddamping；hystereticloop热声现象从发现至今已有200多年的历史，但是行波型热声发动机自1979年cepedey首次提出这一概念到现在却不过二三十年的历史H。。和驻波型热声发动机相比，起振温度较低是行波型热声发动机的优点之一，较低的起振温度对热声热机的应用具有重要意义嵋“。。孙大明等在其自行研制的行波型热声发动机上，在以氦气为工质，充气压力为1．5MPa时得到了最低起振温度216℃H1。而采用外加扰动

5、法可使系统的起振温度显著降低‘51，如在充气压力为O．9MPa时，可使起振温度由原来的219℃降低到193℃。滞后现象在自然界广泛存在，如沸腾时的过热和冷凝时的过冷现象、液氦的入相变过程¨。等。在热声系统中，同样存在着滞后现象。1998年，周淑亮和松原洋一等在实验中发现了起振温度与消振温度的不一致性¨1。1999年，金滔等在分析热声过程特点并结合非稳定热力学理论的基础上，首次提出了热声系统滞后回路的概念。8o，即由于起振过程和消振过收稿日期：2007旬3-26；修订日期：2007·04-24基金项目：国家自然科学基金(50536040)，浙江省博士后基金(2006一

6、bsh一21)，人事部留学人员启动基金项目资助。作者简介：金滔，男，32岁，副教授。万方数据2低温工程2007年程的不重合而形成的一种独特的回路现象，这一设想成功地得到实验验证p1。滞后回路这一发现表明热声起振温度有进一步降低的可能性。孙大明等人正是据此发现压力扰动降低系统的起振温度”。。何雅玲等采用不同配比的混合工质进行研究，验证了热声滞后回路现象的正确性，同时还发现，在一定的组分配比下存在着“二次起振”现象，即压比随加热温度有两个突增点，说明了热声振荡系统的复杂性¨⋯。然而，目前的研究工作离全面了解热声起消振机理、热声滞后回路形成机理等还有一定的距离，有必要对其

7、中的压力温度特性开展更为系统的研究工作。在此背景下，对行波热声系统中的热声振荡起消振过程进行了更全面观察，着重讨论加热方式和充气压力对热声系统滞后回路的影响。实验系统自行研制的行波型热声发动机如图1所示。主要由行波环路和谐振管组成。环路中，加热器采用平行翅片式结构，长度为75mm，设计加热功率为3．6kw。回热器填料长78mm，采用平织型120目不锈钢丝网叠制而成。冷却器包括主水冷器和副水冷器，均为平行翅片管式结构，主水冷器轴向长度为26mm；副水冷器轴向长度为20mm。喷射泵和膜部件用来抑制环路的Gedeon直流。热缓冲管(TBT)设计成锥形管形式以抑制瑞利流