三级环路行波热声发动机的数值模拟及实验研究

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热声发动机接入声学放大器的模拟研究

Ｓｍｕａｉｎｏｅｔｅｍｏｃｕｔｎｉｅｗｉｎａｏｓｉｍｐｉｅｉｌｔｆｔｈｒａｏｓｉｅｇｎｔａｃｕｔａｌｒｏｈｃｈｃｉｆ
ＣｏＷｅｈａｈｎＧｏａｇ，ＢｏＲｕ，ＴａｇＫｅｉｈｎｚｏｇａｉｕ，Ｃｅｕｂｎａｉｎ，ＪａＺｅｇｈｎ
望成为２世纪完全无运动部件的新型热机，１引起各国科研工作者和工业界的强烈关注。中科院理化所罗二仓、胡剑英等人在２ｏ年９０５月报道了在热声发动机上安装声学放大器可以大幅度提高热声发动机的压比。他们采用２５ＭａＪ．Ｐ的氮气在一台聚能型行波发动机上进行了实验，实验表明安装声学放大器后可以将压比从１２提高到１４．５．７以上。同年１月戴巍、０罗二仓等人又将声学放大器用于热声发动机驱动脉
管制冷机的实验中，ｊ在平均压力２４Ｍａ加热功率１６ｋ的情况下得到了６．Ｋ的最低制冷温度。但由于．６Ｐ，．７Ｗ５７
系统复杂的动力学特性以及非线性的增强，对声学放大器目前还没有系统的理论研究以及完整的实验数据。基于此，本文利用热声模拟软件ＤＬＡＤｓｎＥｖｏｍｎｆｏＡｐｔｅＴｅｏｃｕｔｎｉｓ对带声ＥＴＥ（ｅｉｎｉｎｅｔｏＬｗ— ｍｌｕｈｒｏｓｃｇｅ）ｇｒｒｉｄｍＡｉＥｎ学放大器的驻波型热声发动机进行了模拟计算。 ’
（ｎｔｕｅｏＲｆｇｒｏｄＣｙｇｎｃ，ｈｊｇＵｉｍｔ，ａｇｈｕ３０２ＣｉａＩｓｔｆｅｉａｎａｒｅｉＺｅａｎｖｉＨｚｏ１０７，ｈｎ）ｉｔｒｅｔｎｉｏｓｉｎｅｙｎ

气-液双作用行波热声发动机的数值模拟

ｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｃｎｉｅｗｉｈａ —ｉｕｄｏｐｉｇｏｃｌａｉｎｗａｎｍｅｉａｓｍｕａｅｔｌａｅｎｖｈｒａｏｓｉｅｇｎｔｇｓｌｑｉｃｕｌｎｓｉｌｔｏｓｕｒｃｌｉｌｔｄｗｉｈｏｄｄａｄｎｎｌａｅｏｄｔｏ．Ｆｉａｌｏ —ｏｄｄｃｎｉｉｎｓｎｌｙ，ｔｅｉｆｕｎｅｏｙｔｍ ’ ｒｍｅｅｎｏｓｓｅｃｎｈｒｏｃｕｔｏｈｎｌｅｃｆｓｓｅＳｐａａｔｒｉｃｎｉｔｎｙｏｔｅｍａｏｓｉｃｎ－ｃ
方程引行迭代计算求出最终解，于未知的参数，进对
图１气－双作用行波热声发动机模型图（液３机串联）
１连接管；．室温换热器；．热器；．热器；２主３回４加
可以设为猜测量，靶法求解。为了与今后的实验值打
行动计划（ＧＸ一ｗ一６）中国科学院理化技术研究所所长基金项目（Ｐ２１．１支持。ＫＣ２Ｙ３９、ＩＣ０１Ｏ）
作者简介：东辉，，４岁，士研究生。李男２博
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ｖｒｉｎｐｒｏｍａｃｓａａｙｅｅｓｏｅｒｎｅｗａｎｌｚｄ．ｆ
Ｋｅｏｄｄｕｌ — ｃｉｇ；ｒｖｌｎ — ｖｈｅｍｏｃｕｔｃｅｇｎｇｓｌｕｉｏｐｉｇｏｃｌａｉｎ；ｕｐｔｙｗｒｓ：ｏｂｅａｔｎｔａｅｉｇｗａｅｔｒａｏｓｉｎｉｅ；ａ —ｉｄｃｕｌｎｓｉｌｔｏｏｔｕｑ

行波热声发动机的实验研究进展

行波热声发动机的实验研究进展
陈茂巨永林
（上海交通大学制冷与低温工程研究所上海２０４）０２０摘要基于热声效应发展起来的热声发动机是一种新型的完全没有机械运动部件，可利用低品位热源的环保发动机。近
年来，行波热声发动机由于热声转换效率高而受到各国学者的广泛关注。针对近十年来行波热声发动机的实验研究进展与典型样机进行了介绍，并对热声发动机的性能参数作了分析与总结，最后展望了行波热声发动机的发展趋势和应用前景。
ｙａｓｔｅｔａｅｉｇｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｅｔｅｇｎａｔａｔｄｍｕｈａｔｎｉｎｄｅｔｓｉｈｒｎｉｈｅｃｅｃ．ｎｔｅｐｅｅｔｅ，ｈｖｌ — ｖｒａｏｓｉｈａｎｉｅｈｓａｔｃｅｃｔｅｔｕｉｎｅｅｔｈｇｆｉｎｙＩｒｓｎｒｒｎｈｃｒｏｏｔｉｈ
ｅｖｒｎｅｔｆｉｎｌａｈｎｅａｓａｏｍｅｈｎｃｌｖｇｃｍｐｎｎｓａｄＣｕｔｏｑａｉｅｔｏｒｅ．ｎｒｃｎｎｉｏｍｎ — ｅｄｙｍｃｉｅｂｃｕｅｉｈｓｎｃａｉａｒｔｍｏｉｏｏｅｔａｒｎｗｉｌｗｕｌｙｈａｕｃｓＩｅｔｎｎｎｈｔｓｅ
ＡｂｔａｔｓｒｃＴｈｈｒａｏｓｉｅｔｅｇｎｎｔｅｂｓｓｏｅｔｅｍｏｃｕｔｆｅｔｓｒｇｒｅｓａｎｗｙｅｏｒｍｉｉｇａｄｅｔｅｍｏｃｕｔｈａｎｉｅｏｈａｉｆｔｈｒａｏｓｉｅｆｃｅａｄｄａｅｔｐｆｐｏｓｎｎｃｈｃｉ

气-液双作用行波热声发动机的数值模拟

气-液双作用行波热声发动机的数值模拟李东辉;张丽敏;吴张华;罗二仓【摘要】提出了一种兼具传统热声发动机使用寿命长和斯特林发动机功率密度高等优点的气-液双作用行波热声发动机,将3台或4台热声发动机通过注有液体的U 型谐振管连成气-液耦合振荡的环路,每台发动机都能工作在比较理想的行波声场.对无负载情况和外接不同负载情况下3机或4机串联成环路的气-液双作用行波热声发动机进行了模拟计算,同时模拟分析了发动机个别参数不一致时对系统性能产生的影响.%A double-acting traveling-wave thermoacoustic engine with gas-liquid coupling oscillation was proposed, which had both advantage of traditional thermoacoustic engine' s long-life time and Stirling engine' s high power density. Three or four thermoacoustic engines were combined into a loop with U-type liquid resonator and each could work in an ideal traveling-wave sound field. Then, double-acting traveling-wave thermoacoustic engine with gas-liquid coupling oscillation was numerical simulated with loaded and non-loaded conditions. Finally, the influence of system' s parameter inconsistency on thermoacoustic conversion performance was analyzed.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】8页(P1-7,12)【关键词】双作用;行波热声发动机;气液耦合;输出特性;不一致性【作者】李东辉;张丽敏;吴张华;罗二仓【作者单位】中国科学院低温工程学重点实验室北京 100190;中国科学院研究生院北京100049;中国科学院低温工程学重点实验室北京 100190;中国科学院研究生院北京100049;中国科学院低温工程学重点实验室北京 100190;中国科学院低温工程学重点实验室北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TB6511 引言热声发动机因其无机械运动部件、运行稳定、使用寿命长、对环境友好等优点受到人们的广泛关注。

行波型热声发动机的二维数值模拟研究

行波型热声发动机的二维数值模拟研究解丹;张世强;赵巍;李洪宇【摘要】基于线性热声理论与动力学基本方程建立了热声发动机的二维一阶频域数学模型,并根据有限元中的加权余量法将数学模型转化为便于求解的矩阵形式.运用MATLAB软件自主编程,对行波型热声发动机系统内的声场特征进行了二维数值模拟.结果表明,在谐振管内,一阶各波动量呈现良好的正弦曲线分布现象.在回热器单个流道内,从冷端到热端,由于存在较大的阻抗,压力振幅与温度振幅有明显的下降,而速度振幅则逐渐升高.【期刊名称】《辽宁科技大学学报》【年(卷),期】2019(042)002【总页数】7页(P142-148)【关键词】热声发动机;数值模拟;有限元;加权余量法【作者】解丹;张世强;赵巍;李洪宇【作者单位】辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TK402热声发动机是基于热声技术发展起来的一种新型热机，与传统的发动机相比，有不可比拟的优点。

热声发动机结构简单并且无运动部件，从根本上解决了因运动部件带来的磨损与振动问题，保障了其运行的稳定性[1]。

采用的工质环保、清洁、无污染[2]。

利用工业余热、太阳能、风能等低品位能源作为声功转化的来源，提高了能源的利用效率，达到了节能减排的效果[3]。

热声发动机包括行波型热声发动机与驻波型热声发动机[4-5]。

相比于驻波型热声发动机，行波型热声发动机具有更高的热功转化效率。

因此，行波型热声发动机的应用与发展成为近十几年的研究热点[6]。

另外，在数值模拟方面，很多研究工作着重求解气体介质在热声系统内轴向上的压力与体积流率的分布情况[7-8]，并未将轴向波动速度与径向波动速度分别进行求解。

为了更加清楚地了解热声系统内的声场分布特性，为非线性热声理论[9]的发展提供参考依据，本文在一维模型上进行拓展，同时考虑了轴向与径向各波动量的分布现象，建立了二维频域数学模型以及有限元求解模型，并运用MATLAB软件自主编程对行波型热声发动机系统内的声场特性进行了模拟研究，获得了系统内一阶波动量的分布情况，着重对内谐振管与回热器的热声声场分布进行了详细分析。

驻波型热声发动机的数值模拟

驻波型热声发动机的数值模拟
凌虹;罗二仓;吴剑峰;杨梅;李晓明;吴张华;黄云
【期刊名称】《低温与超导》
【年(卷),期】2003(031)002
【摘要】通过对驻波发动机热声边界条件的分析,给出了一种用"打靶法"进行迭代运算的循环模式,从而避开繁重的矩阵运算,计算效率得到有效地提高.最后以一个实例证明本方法计算结果与实验吻合较好.
【总页数】5页(P11-14,25)
【作者】凌虹;罗二仓;吴剑峰;杨梅;李晓明;吴张华;黄云
【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京,100080;中国科学院理化技术研究所,北京,100080;中国科学院理化技术研究所,北京,100080;浙江大学制冷与低温工程研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温工程研究所,杭州,310027;中国科学院理化技术研究所,北京,100080;中国科学院理化技术研究所,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TM3
【相关文献】
1.行波型热声发动机的数值模拟实验 [J], 李晓明;梅宏昆;高鹏;孔晓莉
2.行波型热声发动机谐振管的调相作用 [J], 谢秀娟;李青;李正宇;李强
3.带压力放大器的驻波型热声发动机驱动RC负载 [J], 寿琳;陈国邦;曹卫华;包锐;汤珂;裘圆
4.基于DeltaE的驻波型热声发动机设计方法 [J], 李艳锋;邱利民;赖碧翚;孙大明;王
波
5.行波型热声发动机的二维数值模拟研究 [J], 解丹;张世强;赵巍;李洪宇
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行波热声发动机末端耦合方式研究

摘要：波热声发动机可与各种声学负载耦合，对耦合位置的研究基础上，一步开展负载行在进
末端耦合时行波热声发动机的性能研究。同时改变直管谐振管内径和长度，频率恒为６．ｚ保使７７Ｈ，证发动机环路声功转换特性一致。研究表明，谐振管内径为１０ｍｍ时，当２系统性能最好；氦气为以
ｔｂｓ１０ｍｍ，ｔｅｓｓｅｈｓｔｅｂｓｐｒｒｎｅｘｍｕｕｐｔａｏｓｃｐｗｒｏ（ｓｇｕｅｉ２ｈｙｔｍａｈｅｔｅｆｍａｃ．Ａｍａｉｍｏｔｕｃｕｔｏｅｆ１Ｗｕｉｏｉ５２ｎ
ｈｌｍ）ｗｒｂａｎｄｗｉＷｎｕｅｔｇｐｗｅ３ＭＰａｒｓｕｅ，９３Ｋｈｔｔｍｐｒｔｒｎｅｉｕｅｅｏｔｉｅｔ２ｋｉｐｔａｉｏｒａｍｅｎｐｅｓｒｈｈｎ２ｏｅｅａｕｅａｄ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｂａｅｎｐｒｖｏｔｄｅｓｄｏｅｉｕｓｓｕｉｓ，ｔｅｐｅｆｒａｃｆａｔａｅｉｇｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｎｉｅｗｉｈｒｏｍｎｅｏｒｖｌ — ｖｈｒａｏｓｉｅｇｎｔｎｃｈｅｄｃｕｌｎｏｄｗａｕｔｅｔｄｅｎｏｐｉｇＲＣｌａｓｆｒｈｒｓｕｉｄ．Ｔｈｎｅｉｍｅｅｎｅｇｈｏｈｔａｇｔｒｓｎｎｃｕｒｅｉｎｒｄａｔｒａｄｌｎｔｆｔｅｓｒｉｈｅｏａｅｔｂｅｗｅｅｃａｅｔｔａｉｅ，Ｓｈｔｔｒｑｅｃｓｋｐｔ６７ＨｚｔｎｕｅｔｅｓｍｅａｏｓｉｗｅｏｈｎｇｄａｈｅｓｍｅｔｍＯｔａｈｅｆｅｕｎｙｗａｅｔａ７．ｏｅｓｒｈａｃｕｔｃｐｏｒｃｎ— ｖｒｉｎｃａａｔｒｓｉｓｉｓｄｈｎｉｅｌｏｅｓｏｈｒｃｅｉｔｎｉｅｔｅｅｇｎｏｐ．Ｔｈｅｕｔｎｃｔｈｔｗｈｎｔｅｉｎｒｄａｔｒｏｅｏａｃｃｅｒｓｌｓｉｄｉａｅｔａｅｈｎｅｉｍｅｅｆｒｓｎｎｅ

实验006 行波热声发动机性能测试

实验六行波热声发动机性能测试
一、实验目的
1、了解热声发动机的工作原理；
2、熟悉热声发动机试验装置，了解其主要部件的结构和功能；
3、测量压力振幅、温度和加热功率，了解热声发动机的起振过程。

二、实验原理
热声发动机是采用热声效应来工作的发动机。

热声效应是把热能转化为声能（或者相反过程）的特殊物理效应。

由于声能是机械能，它可以驱动脉管制冷机或者小型发电机进行工作。

回热器是热声发动机的核心部件，它是发动机中进行热功转换的地方。

热声发动机要工作必须满足两个条件：首先是在回热器中建立足够的温度梯度（即温度梯度大于临界温度梯度），其次结构和尺寸满足声学条件以建立合适的声场。

热声发动机的功能相当于线性压缩机，然而与常规压缩机相比，热声发动机有以下的优点：所需驱动源为低品位热源，可利用工业废热及太阳能驱动、热效率较高；2) 系统无任何运动部件，结构简单、制作及维护成本低，寿命长；3) 热声压缩机内部采用氮气或氦气等对环境无害的工质。

行波热声发动机内部结构图
三、实验步骤
1、对热声发动机抽真空，置换，然后充入工质；
2、开启冷却水路，检查实验装置的各部件连接、测量系统、各仪表、电源是否正常工作；
3、打开测试系统的各个仪表和界面；
4、开启加热器电源，调节调压器，使加热器在输入600W加热功率；
5、观察起振现象，记录起振温度和起振过程；
6、测量热声发动机输出压力振幅随着加热功率的变化曲线。

热声热机系统振荡频率的理论计算与实验验证

热声热机系统振荡频率的理论计算与实验验证
涂虬;李青;刘钧霞;吴锋;郭方中
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】以热声发动机为例采用网络模型计算了热声热机系统的振荡频率,得出振荡频率为复频率,其实部代表实际频率,虚部表示压力幅值的衰减程度.对热机系统在各种不同的情况下(包括不同大小的谐振腔、板叠间距、气体静压、系统长度)进行了数值计算,理论计算值与实验结果能很好的吻合.
【总页数】7页(P8-14)
【作者】涂虬;李青;刘钧霞;吴锋;郭方中
【作者单位】华中科技大学能源与动力工程学院低温实验室,武汉,430074;中国科学院理化所,北京,100080;华中科技大学能源与动力工程学院低温实验室,武
汉,430074;武汉化工学院物理热能系,武汉,430074;华中科技大学能源与动力工程学院低温实验室,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.双声源驱动热声系统的理论声场重构与实验验证 [J], 周立华;谢秀娟;李雷;李青
2.热声斯特林热机中行波圈子系统特性的实验研究 [J], 禹智斌;李青;谢秀娟;伍继浩
3.热声热机系统的测量与实验研究 [J], 伍继浩;李青;张晓青
4.行波热声热机的理论与实验研究进展 [J], 李银宾;谢海波;牛越;夏淯博;刘益才
5.热声热机实验研究进展 [J], 李照龙;刘益才;陈丽新;颜鹏;谢海波
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环路声学共振多级行波热声发动机的机理研究

主水冷器回热器加热器热缓冲管次水冷器谐振管
本文针对一种闭合环路声学共振多级行波热声发动机的工作机理进行了分析。该发动机的声场中

行波分量较大，沿程压力波动与体积流率波动相位差
较小。同时，过增大回热器横截面积，有效降低通可了回热器内部气体振荡速度，效降低了回热器内的有
ＡｂｔａｔＴｈｃａｉｍｆａｌｏｅｌｉｓａｅｔａｅｉｖｈｒａｏｓｉｎｉｅｓｒｃ：ｅｍｅｈｎｓｏｏｐｄｍｕｔ—ｔｇｒｖｌｎｇｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｃｅｇｎｗａｔｉｄ，ｓｓｕｄｅｍａｎｙｂｎａｙｉｇｔｏ —ｏｄｐｒｏｍａｃｆｔｅｌｏｅｓａｅｔａｅｉｇｗａｅｔｅｍｏｃｕｓｉｎｉｅ，ｉｌｙａｌｚｎｈｅｎｎｌａｅｒｎｅｏｈｏｐｄ４一ｔｇｒｖｌｎｖｈｒａｏｔｃｅｇｎｆａｄｂｏａｉｇｉｗｉ－ｔｇｎｄ１ｓａｅｅｇｎｓＢａｅｎｔｅｓｍｕａｉｎ，ｔｈａｅｒｌｔｏｈｐｓｂ — ｎｙｃｍｐｒｎｔｔ８ｓａｅａｔｇｎｉｅ．ｈ６－ｓｄｏｈｉｌｔｏｈｅｐｓｅａｉｎｓｉｅｔｅｓｉｌｔｎｒｓｕｒｎｅｏｉｖｓａｅｓｔｓａｔｒｏｈｌｉｓａｅｔｅｍｏｃｕｔｃｈａｎｉｅ．ｗｅｎｏｃｌａｉｇｐｅｓｅａｄｖｌｃｔｗａｅｒａｉｆｃｏｙｆｒｔｅｍｕｔ— ｔｇｈｒａｏｓｉｅｔｅｇｎｓｙＴｈｉｃｕｏｓｓｒｄｃｉｎｉｈｅｒｇｎｒｔｒｃｒｂｏｖｄｂｙｅｌｒｉｇｔｅｒｇｎｒｔｒｃｏｓｓｃｉｎａｅｅｖｓｏｓｌｓｅｅｕｔｏｎｔｅｅｅａｏａｌｅｓｌｅｎａｇｎｈｅｅｅａｏｒｓ —ｅｔｏｒａ．Ｉｄｄｔｏｎａｉｉｎ，ｉｃｅｓｎｇｔｅｎｕｅｆｓａｅｔｌｇｖｓａｓｔｆｃｏｙｐｒｏｍａｅ，ｓｏｎｎｅｈｎｅｅｎｒａｉｈｍｂｒｏｔｇｓｓｉｉｅａｉａｔｒｅｒｎｃｌｓｆｈｗｉｇａｎａｃｄｎｔａｏｓｉｏｒｔｒｇｎｒｔｒａｄｅｓｃｕｔｌｓｒｔｉｔｅｒｓｎｔｒ．Ｔｈｓ，ｔｅｏｅｏｐｄｃｕｔｃｐｗｅｈｅｅｅｅａｏｓｎａｌｓａｏｓｉｏｓａｉｎｈｅｏａｏｓｃｏｕｈｎｖｌｌｏｅｍｕｔ－ｔｇｏｆｇｒｔｎｉｏｐｒｔｖｌｏａｔｏｅｈｅｃｎｅｉｎｌｔａｅｉｇ－ｖｈａｎｉｅｗｉｌｉｓａｅｃｎｉｕａｉｓｃｍａａｉｅｙｃｍｐｃｖｒｔｏｖｎｔａｒｖｌｎ — －ｏｏｗａｅｅｔｅｇｎｔａｈｓｎｇｅｌｎｇｓａｄｉｇｗａｅｒｓｎｔｒｉｌｏｔｎｎ — ｖｅｏａｏ．Ｋｅｒｓ：ｏｐ；ｍｕｌ－ｔｇｙｗｏｄｌｏｔｓａｅ；ｔａｅｉｇｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｃｈｅｔｅｉｅ；ｖｒａｌｒｓ —ｅｔｏｅｉｒｖｌ — ｖｈｒａｏｓｉａｎｇｎｎａｉｂｅｃｏｓｓｃｉｎｒ —

同轴型行波热声热机的实验研究

机。热声发动机可以采用热能驱动，用废热、阳能和燃气等作为热源。热声发动机采用可太
惰性气体作为工质，全符合目前制冷技术中禁用ＣＣ完Ｆｓ和ＨＣＣＦｓ的要求，利于环保。有最近提出的一种新型行波热声发动机，由于采用斯特林可逆循环，声转换效率较之驻波型发热动机要高得多，率可以达到３Ｅｚ，以往的驻波热机的效率提高５左右。效Ｏｘ］比．Ｏ热声研究已取得了很大的进展，向人们展示了极大的优越性和广泛的应用前景。要真但正获得应用，管是理论还是工程上都需要一个大的飞跃。随着行波热声发动机的研究深不入，们重点探讨系统的结构参数以及操作参数对其性能的影响，行装置小型化，高系我进提统的效率，现一套小型化的热声热机系统。此我们自行设计搭建了国际首台同轴型行波实为热声热机的实验装置，进行了初步的实验。并当然，实现系统的实用化推广，要尚需要进行更深入的研究，系统的优化人手来提高系统的效率，正是我们下一步研究工作的努力方从这
２００２年第４期
１热器，．回热器．．惯性管．．端换热器．．容性空间，．谐振管，．谐振腔，．压力测点．加２３４冷５６７Ｐ

行波型热声发动机的分布参数法热力分析

杨梅罗二仓陈国邦凌虹李晓明吴剑峰ｚ
（．浙江大学制冷与低温工程研究所，州，１０７１杭３０２）（．中国科学院理化所制冷与低温工程研究中心，京，０００２北１０８）摘要：现有热声网络模型的基础上．行波型热声发动机采用分布参数法进行了详细地分析，在对得
以达到３，已经可以和汽车发动机的效率（５４）媲美了。０这２～０相
通过对热声发动机的研究可知，响热机系统性能的因素很多，回热器的结构、统影如系结构以及工质种类、热及换热效率等，中对系统性能影响最大的是回热器性能。在基于加其
—— ＝Ｉ＿一
缓冲管都有一定的长度，能忽略。热器的声不回容Ｃ与惯性管的声容Ｃ声感厶相比较小时，。、可以忽略，是在实际情况下，不是这样简但并
到了较为完整的分布参数法网络模型，给出了该模型的定性关系式，得结果与采用集总参数并所法的结果有很大差异。分析表明．布参数法更适合于一般的系统情况，总参数法仅仅在一定条分集
１引言
热声发动机是一个全新的领域，着诱人的广泛前景。声发动机是将热能转变为声能有热

行波热声发动机的研究进展

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科技的进步给人类带来诸多便利的同时也给人类的生存和发展带来了新的威胁资源短缺全球变暖臭氧层破坏等
，
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然气液化等新能源开发技术系统中； (2 )它可以采用低品位的热能驱动
，
，
可用废热
、
太阳能和燃气等作为热源
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行波热声发动机容腔管和反馈管的调相作用研究

位，因此具有比驻波发动机更高的效率。环形圈的反馈管和１０度弯管分别在系统中起着感和容的作用，８在相位的调
制过程中它们起着至关重要的作用，是对于感的作用比较强的小型系统，尤其它们的作用更加突出。该文通过计算，分析了小型行波热声系统中和容对于回热器入口处和回热器中心位置处的压力波动和体积流率相位的调制作用，感
ｔａｔｄｎａｅｔｅｍｏ—ａｏｔｕｏ￣ａｅｎｖｈｓｅｒｔｅｒｇｎｒｔｒｉｅｌｏｅｕｅｎｔｅｌｏｅｕｅ，ｔｅｆｅｂｃｈｓａｉｇｗｖｒｎｎｈｃｕｉｄｅｔｓｃｖｌｇｗａｅｐａｅｎａｅｅｅｏｔｏｐｄｔｂ．Ｉｏｐｄｔｂｈｅｄａｋｉｈａｎｈｈｔｂｄｃｍｐｉｃｅｈｖｅｎｒｇｒｅｎｒｎｅａｄｃｍｐａｃｅｐｃｖｌｗｈｃｒｒｃｅｐａｅｓｉｉｇｓｃａｌｒｕｅａｏｌｎｎａｅｔａｅｂｅｅａｄｄａｉｅｔｃｏｌｎｅｒｓｅｔｅｙ，ｉｈａｅｃｔａｉｔｈｓｈｆｎ，ｅｐｉｌｆｂｕｓａｎｉｉｉｌｎｈｉｔｅｙｏ
ｅｅｅａｏｕｏｖｒｓｉｅｎｅａｏｌｎｅｈｂｅａｕａｅｎｚｄｈｎｅｓｐｆｍｎｅｄｅｔａｉｓｉｒｅｒｇｎｒｔｒｄｅｔａｉｕｎ￣ａｃｄｃｍｐａｃａｅｎｃｃｌｔｄａｄａａｙｅ．Ｔｅｅｇｎ ’ ｒｒａｃｕｏｖｒｕｅａｃｏｎｉｓｌｎｌｉｅｏｏｎｔｎ

行波热声发动机的多负载声功输出特性

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（ｎｔｕｅｏｅｒｅａｉｎｒｏｅｉＥｇｎｅｎ，ａ￣ｈｕ３０２ＣｉａＩｓｉｔｆｆｇｒｔｎａｄＣｙｇｎｃｎｉｅｒｇＨｎｏ１０７，ｈｎ）ｔＲｉｏｉ
输出效率以及１．％的最大声功输出炯效率，比单独从环路引出的最大声功和效率分别提高了６０这
５１４％，４．．２６％以及１４％。９．
关键词：热声声功变负载法输出特性
中图分类号：Ｂ５，Ｂ６Ｔ６１Ｔ６３文献标识码：Ａ文章编号：００６１（０７０－０－１０．５６２０）２０６００５
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三级涡流器环形燃烧室化学反应流场的数值研究

三级涡流器环形燃烧室化学反应流场的数值研究
雷雨冰;赵坚行
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2005(26)3
【摘要】在三维曲线坐标系下采用多区域耦合法对包括三级涡流器在内的环形燃烧室三维两相反应整体流场进行了数值模拟。

计算中采用区域法和偏微分方程法生成三维贴体网格,采用标准k-ε双方程紊流模型,EBU-Ar-rhenius紊流燃烧模型和六通量热辐射模型。

在非交错网格体系下,气相用SIMPLE法求解,液相采用颗粒群轨道模型,并用PSIC算法对其进行数值求解。

计算结果表明,程序编制可靠,建立的三维网格生成和流场计算程序可为燃烧室优化设计和研制提供有用的数据。

【总页数】4页(P215-218)
【关键词】航空发动机;环形燃烧室;流场;数值仿真
【作者】雷雨冰;赵坚行
【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院
【正文语种】中文
【中图分类】V231.2
【相关文献】
1.双级涡流器环形燃烧室整体流场数值模拟 [J], 李井华;赵坚行;常海萍
2.二维火箭发动机燃烧室化学反应粘性流场的数值模拟与实验验证 [J], 费继友;俞炳丰;夏学礼;张杰;高强
3.环形回流燃烧室两相反应流场的数值研究 [J], 雷雨冰;胡好生;赵坚行
4.某环形燃烧室流场数值仿真研究 [J], 崔博;沈伟;田浩男
5.数值分析二级涡流器环形燃烧室的燃烧性能 [J], 李井华;赵坚行
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三级环路行波热声发动机的数值模拟及实验研究随着分布式能源系统和可再生能源利用的迅速发展,高效的能源梯级利用技术成为研究热点。

中低温区的工业废热广泛存在,可用于宽温区的热功转换技术应用前景广阔。

行波热声发动机具有本征效率高、结构简单、可靠性高及成本低等优点,特别是多级环路行波热声发动机因起振温度低、能流密度高,近年来得到了越来越多的关注。

目前关于热声系统的诸多非线性特性及转化机理仍不明晰,而线性热声理论不能描述时域动态过程及非线性特征,CFD等方法受到计算时间、成本的限制,不适用于整机模拟。

为更好揭示热声发动机自激振荡机理及非线性特性,本文采用数值模拟和实验结合的方法针对三级环路行波热声发动机的工作特性开展研究,主要内容如下:1.从基本流体控制方程出发,建立了适用于三级环路行波热声发动机的一维非稳态模型(1DUM),并采用MATLAB编程求解。

模拟结果表明,由于考虑了气体轴向导热,该模型可描述系统从静止状态至振荡饱和的完整压力波演化过程,并对比了不同初始扰动形式的影响,指出初始扰动只改变压力波达到饱和的时刻,并不影响增长曲线及稳态结果。

另外,模拟获得了压力高频谐波及回热器内气体温度时域特性等,通过对比实验及公开文献,验证了该模型的合理性;2.优化设计并搭建了一台三级环路行波热声发动机系统。

对比了不同充气压力和冷热端温差下,DeltaEC模拟、1DUM 模拟及实验获得的运行频率和压力幅值,结果表明1DUM可更准确预测发动机运行频率,在测量范围内最大误差约为0.4 Hz;实验中出现较强的射流等现象,造成压力幅值模拟值与实验值的差异;此外,流动换热关联式是造成DeltaEC与1DUM
稳态压力幅值存在较大差别的原因,在充气压力为1 MPa,温差为400 K
时,DeltaEC和1DUM与实验间的误差分别可达62%和118%。

最后,模拟结果表明1DUM可以计算获得与DeltaEC相似的声场特性分布,其中压力振幅及体积流速相位分布整体误差不超过1°,但在幅值计算上仍需对模型中的流动与换热关联式进行进一步修正。

由于1DUM不依赖经验初值,只需设置环路边界条件和静止初始工况即可,大大简化了建模计算过程,适用于复杂热声系统模拟;3.基于三级环路行波热声发动机实验系统,开展了起振消振特性研究,以氮气为工质,在充气压力为4.0 MPa时,获得最低起振温差约为44K,并在实验中发现明显热声振荡滞后现象;采用阻容负载开展了发动机输出特性初步实验研究,结果表明负载阻抗值对输出性能影响显著,声功和相对卡诺效率都存在最佳阻抗匹配点。

以氮气为工质,充气压力为3 MPa,热源温度为543 K时,获得最大声功78.3 W,最大相对卡诺效率约2.2%。

值得指出的是,实验中发现了明显直流、射流等现象,导致使热声转化效率显著降低,后续将在抑制直流、射流,减少热损失等方面开展研究工作。