毕业论文（设计）带阻性管的环路行波热声发动机性能研究.docx

毕业论文（设计）带阻性管的环路行波热声发动机性能研究.docx带阻性管的环路行波热声发动机性能研究摘要高效的行波热声发动机要求回热器处在接近行波和高声阻抗的声场。为此,本文拟采用阻性管进行调相,设计了一台单级环路行波热声发动机,分別以lie,N2和CO2为工质,对该热声发动机的起振特性和稳态运行工况进行了系统的实验硏究。结果表明,安装阻性管后,单级环路行波热声发动机的起振温度可降低300°C以上,最低起振温度仅为55°C(工质为C0?,)0此外,系统可以在较低的加热温度下达到稳定运行状态,并获得比较可观的压比。可见,阻性管可以作为环路行波热声发动机的一种有效调相方式,本文所提出的热声发动机系统具有利用低品位热源驱动的潜力。关键词肌性管;热声发动机;起振温度0前言热声热机是一种无运动部件热力机械,具有高可靠性和环境友好性的优点,前者源于系统中没有机械运动部件,而后者则是因为其工作介质通常采用惰性气体,无大气臭氧层破坏等问题⑴。在能源短缺和环境恶化的困境下,由低品位热源(工业余热,地热和太阳能等)驱动的热声发动机成为了能源领域研究热点之一。早期的实用热声发动机是驻波型热声发动机,然而,因其热力学循环的不可逆性,无法实现较高的热效率⑴。Ceperley提出了基于可逆的热力学循环的行波热声发动机的构想⑵,Yazaki等人根据Ceperley的构想,建成了一台坏路行波热声发动机,并成功观察到热声振动现象【叫Backhaus和Swift提出的热声斯特林发动机成功解决了Ceperley系统屮冋热器处声阻抗较低的问题,将热声发动机的效率提升至与传统内燃机相当的水平⑷。然而,由于热声斯特林发动机川采用了驻波谐振管,所需的驱动热源温度较高,极人地限制了其应用空间。deBlok****提出了多级环路行波热声发动机的概念,在环路中设置了多个回热器单元,通过增加回热器单元的面积來提高回热器处的声阻抗,可有效利用温度低于200°C的热源,这说明环路行波热声系统有望成为一种利用低品位热源驱动的高效热机。Blok提出的环路热声系统依赖于结构的对称性来建立合适的声场,这限制了其结构形式并增加了设计、加工和安装工艺等方面的难度。对于不具备对称性的环路系统,需要额外的调相装置来建立合适的声场。Yu和Jaworski等人研制了一台单级环路行波热声发电系统⑹,该系统通过在环路中插入一段长度可调节的旁支管來调相,并且将电机串联在谐振管中进行发电,%的最大热电转换效率。康慧芳等人也建立了一台双级行波热声发电系统⑺,利用旁支管和球阀调相,,当两级的加热温度分别为512°C和452「C时,最人输出电功可达204Wo当两级的加热温度分别为512°C和452弋时,%。但是,目前这些调相方式都会造成较大的能量损失,导致采用这些调相方式的系统效率都较低,因此,探寻声功损耗更低的调相方式对于环路热声系统的设计具有重要意义。本文首先分析了高效行波热声发动机对声场的要求。在此基础上,设计了一台环路行波热声发动机,并利用阻性管作为调相方式使系统建立起合适的声场。然后,对该热声发动机的起振特性和稳态运行工况进行了系统的实验研究,探索利用阻性管进行调相的机制以及利用低品位热源驱动环路热声发动机的可行性。1热声回热器的理论分析回热器是行波热声发动机实现热声转换的场所,其性能直接决定着热声转换效率的高