热声制冷机
同轴行波热声制冷机性能实验
低 温 工 程
ＣＲＹ０ＧＥＮＩ ＣＳ
Ｎ０ ４ ２ ０ ． ０１ Ｓｕ ｍ ＮＯ ７ ．１ ６
同 轴 行 波 声 制 冷 机 性 能 验 热 实
李 山峰 余 波 罗 二仓 戴 巍
（ 中 国 科 学 院理 化 技 术 研 究 所 低 温 工 程 学重 点 实 验 室 北 京 １ ０ ９ ） ０ １０ （ 北 京 航 天 试 验 技 术 研 究 所 北 京 １ ０ ７ ） ０ ｇ ｔｏ ｎ ｃ ａ ｉ ｌ ｔ ａ ｅ ｉ ｇ・ ｖ ｐ ｒｍ ｎｔ ｌｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｘ ａ ｒ ｖ ｌｎ ｗａ ｅ
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４ ．６ ， 头温度 越 低影 响越 大。 ７６％ 冷
关 键词 ： 同轴行 波 热 声制冷 机 惯性 管 Ｇ ｄ ｏ ｅ ｅｎ声流
中 图 分 类 号 ： Ｂ ５ Ｔ ６１ 文献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０６ １ （ ０ ０ ０ ．０ ３０ １０ —５ ６ ２ １ ）４０ ３ —４
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观察制冷机实验报告
制冷机原理观察实验
515010910042 王加鑫
观察对象
G-M制冷机、热声制冷装置、换热器
实验步骤
在实验室三位助教老师的介绍下分别详细观察了解G-M制冷机、热声制冷装置、换热器的构造和运行方式。
实验结果
一、G-M制冷机（及脉管）
背景
单极GM制冷机的系统示意图（图片来自互联网）G－M循环是由吉福特（Gifford）和麦克马洪（Mcmahon）二人发明，其原理是绝热气体放气制冷，制冷温度从液氦温度到液氮温度。
单级G－M机组成：压缩机组1，进气阀2，排气阀3，回热器4，换热器5和膨胀机6等组成。
脉管制冷机原理
原理：利用高压气体在脉管空腔的绝热放气膨胀过程中获得制冷效应
二、热声制冷装置
热声制冷机的基本结构主要由扬声器、板叠、热端换热器、冷端换热器、共振管等组成。
板叠是工作介质发生热力过程的场所，板叠通道间充满气体工作介质。
在热声制冷机中，多采用氮气、氦气或其他惰性气体作为工作介质。
制冷效应的产生还要依靠声波的存在，声波的存在会使气体工作介质发生压缩与膨胀等一系列热力过程。
技术特点：它使用的介质如He、Ne等对环境完全无害，并且除了类
似于扬声器的振动外，没有曲轴活塞运动，不需要密封。
三、换热器
原理：板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。
各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。
用作冷凝器和蒸发器。
实验感想
本次实验我在老师的带领下观察了制冷机，我学习到了更多关于制冷机的原理及应用方面的知识。
参观制冷工程的实验室也给我带来了不小的触动，可以说对科研多了一份近距离的了解吧。
加强型微型热声制冷机谐振管的设计
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热声制冷机声功的测量
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驻波型热声制冷机的数值研究
驻波型热声制冷机的数值研究嘿，朋友！今天咱来聊聊一个挺有意思的玩意儿——驻波型热声制冷机的数值研究。
这东西啊，听名字可能有点高深莫测，但咱今儿就把它说得明明白白、简简单单，让你也能懂个大概。
你想啊，在咱们的生活里，制冷这事儿可太常见了。
夏天的空调、冰箱，那都是靠制冷来给咱们带来清凉和方便的。
而驻波型热声制冷机呢，就是制冷领域里的一个“新选手”，它有着自己独特的魅力。
那啥是驻波型热声制冷机呢？简单来说啊，它就是利用热声效应来实现制冷的一种装置。
热声效应这东西啊，就像是一场奇妙的“热与声的舞蹈”。
当气体在一个特定的空间里，受到周期性的压力变化时，它就会产生热量的传递和温度的变化。
这就好比一群小伙伴在一个有限的场地里，按照一定的节奏跳动，就会产生一些特别的效果一样。
在驻波型热声制冷机里，驻波起着关键的作用。
驻波就像是一个稳定的“波浪模式”，它在系统里形成了特定的压力和温度分布。
想象一下，就像湖面上那些固定位置起伏的水波，驻波在热声制冷机里也有着类似的稳定状态。
进行数值研究呢，就像是给这个热声制冷机做一个“全面体检”。
通过数学模型和计算机模拟，咱们可以深入了解它内部的各种情况。
比如说，气体的流动状态啦，热量的传递过程啦，还有各个部件之间的相互作用啦，都能看得清清楚楚。
数值研究可以帮助我们优化热声制冷机的设计。
就好比给一个运动员制定最适合他的训练计划一样，通过数值研究，我们能找到让热声制冷机发挥最佳性能的参数和结构。
比如说，调整一下热声板的尺寸或者形状，看看制冷效果会不会更好；改变一下气体的种类和压力，能不能提高制冷效率等等。
而且啊，数值研究还能帮我们节省很多时间和成本。
以前啊，要研究热声制冷机，可能得一次次地制造实物，然后进行各种实验。
这不仅费时费力，还费钱。
现在有了数值研究，咱们可以在计算机上先进行大量的模拟实验，找到比较理想的方案后，再去制作实物，这样就能大大提高研发的效率啦。
当然啦，驻波型热声制冷机的数值研究也不是一帆风顺的。
热声制冷机微热力学循环的[火用]经济性能优化
![热声制冷机微热力学循环的[火用]经济性能优化](https://img.taocdn.com/s3/m/468dd128bcd126fff7050b09.png)
本 期 头条
Ｆｏ ｕ ｃｓ
Ｃ ｙ ． Ｓ ｐ ｒｏ ｄ ｒｏ ＆ ｕ ｅｃ ｎ Ｖ ｌ３ Ｎｏ １ ｏ＿６ ．０
热声 制 冷 机 微 热 力 学 循 环 的火 经 济 性 能 优 化 用
阚绪献 ，吴锋
（． １ 海军工程大学研究生 院 ， 武汉 ４ ０ ３ ； ２ 武 汉工程大学理学院 ， ３０ ３ ． 武汉 ４ ０７ ） ３ ０ ３
／ ， 中 、 分别是热机高、 式 低温侧热源 的 温度 ， 此时的输 出功率为零 ， 这也就是可逆热机 的 效率界限； 有限时间热力 学【 则强调功率输 出 ｌ
பைடு நூலகம்
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【国家自然科学基金】_热声制冷机_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
科研热词 热声 双作用 高频 风能 阻抗 行波热声制冷机 行波 自激振荡 脉冲管制冷机 线性压缩机 研究进展 热工学 热声驱动 热声装置 热声效应 热声发动机 热声制冷机 湍流修正 液体活塞 时均流 惯性管 声振荡 回热器 发动机 制冷与低温工程
2014年 序号 1 2 3 4 5
2014年 科研热词 脉管制冷机 热声 数值仿真 发动机 制冷机 推荐指数 1 1 1 1 1
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 谐振管 热声系统 渗流率 时均流 多孔材料 声振荡 回热器 发动机 制冷机
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
科研热词 推荐指数 热声 5 脉冲管制冷机 3 热声发动机 3 热声制冷机 3 惯性管 3 驻波 1 非线性 1 试验 1 脉管制冷机 1 脉管制冷 1 网络模型 1 热声理论 1 热声板叠 1 热声学 1 热声制冷 1 火用经济性能 1 湍流模型 1 湍流 1 温度场 1 板叠厚度 1 有限时间热力学 1 时均能量流 1 振荡流体 1 微热力循环 1 微热力学循环 1 循环模型 1 多级制冷 1 声波衰减 1 双向进气 1 压力波放大器 1 制冷系数 1 制冷率 1 制冷机 1 低马赫数可压缩流动 1 低马赫数可压缩交变流动 1 传热 1 优化 1 交变流动 1 simple算法 1 h矩阵参数 1 ausmdv(p)格式 1 ausm+格式 1
热声制冷机研究现状及发展
学号：011020118姓名：欧阳维波2013年12月7日南京航空航天大学当前的制冷技术已经几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥着巨大作用。
可以说，现代技术进步离开了制冷技术发展是不可想象的。
除了在制冷剂方面的进展，在新的制冷理论及实践方面也有许多进展，如热声制冷技术的研究和运用。
热声现象早在200多年前就已经被发现,然而热声学研究的繁荣却只是最近50年的事。
N.R o t t首次对热声现象进行的定量分析是现代热声学研究中一大里程碑式的成就大大激起了人们从事热声研究的兴趣。
尤其在最近20年热声现象在制冷领域的应用成了一大热点这是由于热声制冷机和热声机驱动的脉管制冷机具有结构简单、振动部件少和运行寿命长等优点此外它们使用的无公害工质如惰性气体等也是同制冷技术中禁用CFCs和H C F C s的趋势相一致的；同时，热声机械采用热能（燃气、太阳能等）驱动。
它的应用将为合理利用低品位能源、提高系统的热力效率开辟新的途径，因而在空间技术、电子器件冷却，乃至家用领域存在巨大的应用潜力。
热声制冷作为21世纪以来发展的一种新的制冷技术，与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，热声热机具有无可比拟的优势：无需使用污染环境的制冷剂，而是使用惰性气体或其混合物作为工质，因此不会导致使用的CFCS或HFCS臭氧层的破坏和温室效应而危害环境；其基本机构是非常简单和可靠，无需贵重材料，成本上具有很大的优势；它们无需振荡的活塞和油密封或润滑，无运动部件的特点使得其寿命大大延长。
热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点，可成为下一代制冷新技术的发展方向。
所有的热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应，热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量，在声波稀疏时排出热量，则声波得到加强；反之声波稠密时排出热量，在声波稀疏时吸入热量，则声波得到削弱。
当然，实际的热声理论远比这复杂的多。
当然，热声制冷的设计水平及制造工艺也在不断的提高。
热声制冷的基本原理
热声制冷的基本原理热声制冷是一种基于热声效应实现的制冷技术。
它利用气体在周期性膨胀和压缩过程中吸收和释放热量的特性，在低频声场中实现制冷效果。
热声制冷具有无需运动部件、低噪音、高可靠性和较高制冷效率等特点，因此在一些特定领域得到广泛应用。
热声制冷的基本原理如下：1. 热声效应：当声波通过气体介质传播时，将产生周期性的压缩和膨胀效应，使气体分子发生往复运动。
根据热力学第一定律，气体分子在压缩过程中会吸收热量，而在膨胀过程中则会释放热量。
2. 声波泵浦：热声制冷中的关键设备是声波泵浦，它通过声波作用将气体从低温端推向高温端。
声波泵浦通常由压电陶瓷和金属薄膜等材料构成，通过施加交变电压使压电陶瓷产生往复振动，从而产生声波传播到气体介质中。
3. 声波层流组织：通过精心设计声波泵浦的结构和气体流道，可以使气体介质形成一种特殊的层流组织，即声波层流组织。
声波层流组织是气体分子在声波泵浦作用下形成的一种周期性波动分布，它具有具有周期性的气体密度波动和相位波动。
4. 声波热流：在声波层流组织中，气体分子受到声波周期性膨胀和压缩的作用，从而产生周期性的热流。
当气体分子经历压缩过程时，吸收周围的热量；而在经历膨胀过程时，则释放热量。
这种热流的存在是热声制冷实现制冷效果的基础。
5. 声波声管：声波声管是热声制冷中用于传导声波的介质通道。
它通常由管道和薄膜等材料构成，通过精心设计的结构和材料选择，实现声波的最佳传播和吸收效果。
6. 制冷效果：当声波传播到声波声管中，声波层流组织会形成周期性的热流。
这种热流在声管两端的气体介质中产生周期性的热吸收和热释放。
通过适当设计的热交换器，将热力转移到外界，从而实现制冷效果。
热声制冷的制冷效果与声管结构、声波频率、工作气体等因素有关。
总之，热声制冷是利用声波作用使气体在周期性膨胀和压缩过程中吸收和释放热量的技术，通过适当的声波泵浦和声管设计，实现对制冷物体的制冷效果。
热声制冷具有无需运动部件、低噪音、高可靠性和较高制冷效率等特点，在一些领域有着广泛的应用前景。
回热式低温制冷机技术
发动机
COP =
Qc T ≤ c = COP 制冷机 Carnot W Th − Tc
η Carnot
COP Carnot
是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在T-S图上 由两个等温过程和两个等熵过程组成的，具有最高 的热力学完善度。但实际循环不可能是完全可逆 的，而且实际工质的性质也不适合采用卡诺循环
Cv ∝ (T / θ D )
几种间壁式制冷机 (Recuperative cryocooler)
采用间壁式换热器 工质运动是定常的 工质压缩和膨胀工 作过程是在不同的 通道内进行的 两侧通道内的压力 和流速不等，换热 系数不同，效率较 低
第四部分
脉管制冷机
特点和工作原理 研究背景和意义 研究现状和问题
回热式低温制冷机
巨永林
Columbia University，Nevis Laboratories Department of Physics, New York 上海交通大学，制冷与低温工程研究所 机械与动力工程学院，上海
主要内容
低温研究背景和意义 回热式制冷循环 回热式低温制冷机 脉管制冷机 热声驱动制冷机 应用，问题和发展趋势 结束语
Stirling Gifford-McMahon Pulse tube
机构示意图
W W W
Qh, Th Qh, Th Qh, Th Qht, Tht
Qc, Tc
Qc, Tc
Qc, Tc
回热式制冷机结构特点
压力波发生器（压缩机）：提供系统容积或压力变化 回热器(蓄冷器)：在回热过程中存储和释放热量(冷量) 热端和冷端换热器：实现与不同温度下外热源的热量交换
热声制冷新技术及其应用进展
Ｉ ｉ 综述 Ｉｌ ｔｔ
制冷新技术及其应用进展
Ｎｅ ｔ ｅ ｍｏ ｃ ｕ ｔ ｅ ｒ ｅ ａ ｉ ｎｔ ｃ ｎ ｌｇｇ ｒ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｉ ｐ ｉ ｔ ｈ ｃ ｉ ｏ ｔ ｃ ｏ
量输出。 板叠 是热声制冷机 的最 重要 的部 件，它可 以是平行叠加的板叠，也可 以是
其它多孔介质材料，热声效 应就是在板叠 内完成 的。板 叠内的气体微 团在声波 的作 用下左右运动，同时被压缩或扩张，在合 适 的相位下，气体微 团在 压缩时 向左 运动
入最大，研究机构最多，取得了许多突破 性进展，也反映了当今热声 制冷技术 的最
１进 热
热 出
１ 一声驱动船；２一热换热器：３一板叠
４一 冷换热嚣：５一 谐振腔： ６一 硬端
圈 １热 膏 ■冷 机 的 培 构
上 ｆ能 上１热
Ｔ 丁Ｕ ｔ
／
热 声制冷机 的主要结构如 图 １ 所示， 主要包括声驱动器、谐振腔、热端和冷端 换热器及板 叠 声驱动器 的作用是谐振腔 中产生高幅的声能，是能量源，声驱动器 可以是喇叭、活塞振膜或线性电机。谐振 腔的作 用是与声驱动器相匹配而产生谐振 的声波。热端 和冷端换热器是将热量或冷
高水平和发展趋势。
发展扫清 了最后 的障碍，这预示着热声装 置商业化开发和应用的时代已经到来
热Ｊ
｛ ＿ Ｊ ｌ
热Ｊ 制冷原理 Ｉ Ｉ
所有的热声产品的工作原理都基于所 谓的热声效应，热声效应机理可以简单描 述为在声波稠密时加入热量，在 声波稀疏 时排出热量，则声波得到加强；反之声波 稠密时排 出热量， 声波稀疏时吸入热量， 在 则声波得到削弱。实际 的热声理论 远比这 复杂得多。热声装置是指利用热声技术 的 各种能量转换 功能制成的装置，包括各种 制热机和制冷机，如利用热声技术 的功率 引擎、脉动燃烧、热泵、制冷机 和混合物
热声制冷
热声制冷目前的研究现状
取得突破性进展的是荷兰的M.E.H.Tijani，他创造性的在扬声器 后面设计了一个容积可变的气体弹簧。通过调整气体的容积，使 扬声器的谐振频率与制冷机的谐振频率相匹配，获得了35%的电 声转换效率，所驱动的热声制冷机获得了-65 ºC的温度。这一设 计极大的推动了声驱动制冷机的发展。
热声制冷
一 背景 二 热声制冷原理 三 热声制冷目前的研究现状 四 热声制冷未来发展趋势
背景 常规制冷机的缺点
常规的机械低温制冷机存在压缩机和排出器，他们是影 响制冷机长期可靠运行的主要障碍。 ②常规制冷机需要高度密封的条件，这会使成本大大提高。 ③在常规制冷机中，制冷剂的发展遇到了瓶颈。
背景
热声制冷目前的研究现状
2000年，美国海军研究生院研制了一台太阳能驱动的热声制冷机。 太阳能把发动机的热端加热到475℃，利用发动机产生的声波来驱 动热声制冷机。最终得到了2.5W的冷量，此时冷端温度为5℃，冷 热源温差为18℃。
这次尝试开拓了太阳能应用于热声领域的探索，以及对各种低品 味能源的利用也是一个启示。
与常规制冷相比，热声制冷所具有的优势
① 没有运动部件，气体活塞取代了常规的机械活塞，消除了 机械振动带来的各种问题。 ② 它可以采用低品位的热能驱动，如太阳能，工厂排放热等， 对那些缺乏电能的场合提供了解决能源危机的一个方案。 ③ 采用对环境无害的惰性气体作为工质，常用的有氦气、氮 气等。
背景
④ 结构简单，所用材料容易获得，并不需要高精度的密封条 件。 ⑤ 通过提高系统的频率，可以使热声机械微型化，用于芯片， 电子冷却等行业。
热声制冷原理
热声效应
热
声
热声制冷原理
热声制冷机
热声制冷原理
热声制冷机
热声制冷机
鄂青;沈秋婉;陈秋霞
【期刊名称】《真空与低温》
【年(卷),期】2009(015)002
【摘要】热声制冷是微型低温技术潜在的最佳方法.一台声驱动热声制冷机主要包含-个接在中空管道端部的声波发生器和一个在管道内预选位置处放置的热声器件.声波发生器产生的声波在热声效应作用下可在热声器件两端形成温度梯度.介绍了一种基于高效斯特林循环的热声制冷机的基本原理及主要组成.在此基础之上,可通过对各组成部件结构参数的计算、确认,设计出一台热声制冷机.
【总页数】4页(P117-120)
【作者】鄂青;沈秋婉;陈秋霞
【作者单位】武汉工程大学,理学院,湖北,武汉,430073;武汉工程大学,理学院,湖北,武汉,430073;武汉工程大学,理学院,湖北,武汉,430073
【正文语种】中文
【中图分类】TB651
【相关文献】
1.热声驱动的气-液双作用行波热声制冷机 [J], 张爽;陈燕燕;罗二仓
2.直线压缩机驱动热声型低温热声制冷机研究 [J], 李海冰;罗二仓;胡剑英;朱建;戴巍;王晓涛
3.高效室温行波热声制冷机的研究(第二部分:电声压缩机驱动的行波热声制冷机的实验研究) [J], 黄云;罗二仓;吴张华;戴巍;李晓明
4.修改变温热源热声发动机驱动制冷机性能 [J], 喻绍飞; 罗二仓; 张丽敏; 吴张华; 胡剑英
5.驻波热声制冷机分层回热器的特性研究 [J], 古小玲; 肖星; 张晓青
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热声制冷技术研究进展及未来发展展望
１ 国 内研 究 现 状
我 国研究 热声制 冷 的主要 单位 有华 中科 技大 学 、中科 院 理化 电子 电路原 件热 声制冷 方面 ，微 电子元 件和 系统 的 散热 要求越 来 而 结构 简单 、 无可 动部件 、 行 可靠等 优 运 技 术研 究所 、 西安 交通 大学及 内蒙 古科 技大 学 ， 国热 声制 冷 的研 越 高 ， 热声 制冷 具有环 保 、 我 究 虽起 步较 晚 ， 发展 很快 ， 实 验研 究 上有 特 色 ， 但 在 但在 研 究经 费 方 面略显 不足 。近 几年主 要研 究如 下 ： 点， 其应 用前 景十 分乐观 。最 近几 年 ， 国外 正在开 发 微型 热声制 冷 装 置 ，利 用压 电驱动 器 ，来驱 动与 微制造 结 合的 热 声元件 和谐 振
关键词 ： 热声； 制冷； 进展
热 声制冷 概念 是在 ２ 世 纪 ８ ０ Ｏ年代 初提 出的 ，是 一种 新 型 的
究结 果和 能耗显 示系 统效 率适 宜于制 冷机 ，但 对空 调和 低温 冷却
制冷 方式 ， 基于 热 身效 应 原理 ， 用 声来 产 生热 ， 声 驱动 热量 效果 不好 。 其 利 用 传 输 。其优 点在 于利用 热声 压缩 机代 替常规 的机 械压 缩 机来 驱动 ２０ 年 美 国南 伊 利 诺伊 大 学 对 热声 传 热 和 系统 结 构进 行 实 ０７
制 冷机 ， 需使用 污染 环境 的制冷 剂 ， 无 而是 使用惰 性气 体 或其 混合 验研 究 ， 究 揭示 了传 热 系 数 、 研 平均 压 力和 振动 频 率之 间 的 关系 ， 物 作 为工质 ， 因此 不会 导致 使用 的 Ｃ Ｃ 和 Ｈ Ｃ 产生 臭氧 层 的破 当热声 系统 在一 个合 适的振 动频 率下 ， Ｆｓ Ｆｓ 平均 压 力越大 ， 热系 数越 传 坏 和温 室效 应而 危害环 境 ： 其基本 机 构非常 简单 和可 靠 ， 无需 贵重 大， 以在提 高传 热 系数 的同 时， 所 要合 理考 虑板 叠结 构 。
热声制冷技术文献综述
热声制冷技术文献综述摘要：随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,人们对节能技术越来越重视，制冷行业也不例外.而热声制冷以其环保、可靠等优点已成为当前研究的热门。
本文将向大家介绍热声制冷原理及其发展趋势。
Pick to:As the fossil energy depletion and human attention to global environmental problems, people pay more and more attention to energy saving technology，refrigeration industry is no exception. The thermoacoustic refrigeration with its advantages of environmental protection, reliable has become a current research hot. This article will introduce the principle of thermoacoustic refrigeration and its development trend。
关键字：热声制冷原理热声制冷机发展现状及趋势1。
前言空气调节是指用人工手段，对建筑/构筑物内环境空气的温度、湿度、洁净度、速度等参数进行调节和控制的过程。
特别的，工程技术上的人工制冷空调,就是指利用一定的装置，消耗一定的能源,强制地使某一对象的温度低于周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程。
传统空调制冷是当空调器通电后，制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。
同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量,使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。
高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器,并在相应的低压下蒸发,吸取周围的热量。
同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内.这样室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。
热声制冷技术：一种理想的制冷方案
热声制冷技术：一种理想的制冷方案一、热声研究的目的和意义八十年代以来，脉管制冷机的研究获得了突飞猛进的发展，两级脉管制冷机达到了1.7K。
但目前脉管制冷机离实用化、工程化还有一定的距离，其主要原因之一就是缺少与脉管制冷机相匹配的压缩机。
目前广泛采用的机械压缩机中仍然存在着运动部件，压缩机的性能将对脉管制冷机的性能产生直接的影响。
在这种情况下，采用热压缩机代替常规的机械压缩机来驱动脉管制冷机是一种理想的方案。
这种热声驱动脉管制冷机具有两个突出的优点：•其一是制冷系统除流动工质外没有运动部件，从根本上消除了常规机械制冷机存在的磨损与振动；•其二是采用热能驱动，可用太阳能、燃气等作为热源。
采用低品位的热能不仅有利于提高系统的热力学效率，而且对于那些缺乏电能的场合则更具有实际意义。
此外，热声制冷机一般采用N2或He作工质，属于绿色工质，对大气臭氧层没有破坏。
可见，热声压缩机是一种具有发展潜力的新型压力波发生器，在空间及输电困难但能提供热能的地方（如远海或荒漠中开采石油和天然气）有着广泛的应用前景。
热声制冷机也可用扬声器来驱动，虽然这种制冷机也存在着运动部件（扬声器振动膜），但由于其不需要动密封，故无维修使用寿命比常规的制冷机要长，且与压缩机的活塞相比振动膜的振动要小得多。
若采用气体工质，则在那些需要较大温差、较小能流密度的场合有很大的应用前景；若采用近临界液相工质（如乙烯），则单位体积制冷量可与目前的常规蒸汽压缩制冷机相当，其清洁、可靠和低成本的特点使其在家用和工业制冷场合具有极大的竞争力。
同时，研究热声压缩机还可以进一步开拓视野，丰富和完善热声理论，推动和发展回热式热机，还能让我们以一个全新角度去认识其它类型的热机，从而推动它们的发展。
以往的回热式热机循环理论基于理想的热力学可逆过程，从能量守恒和动量守恒方程出发，忽略了流体工质的流动特性对流体与固相工质间热交换的影响，与实际的工况相差甚远，定量化程度不高，更不能为我们提供对其工作机理的了解。
同轴行波热声制冷机性能实验
同轴行波热声制冷机性能实验李山峰;余波;罗二仓;戴巍【摘要】基于线性热声理论模型,设计了1台结构紧凑的同轴行波热声制冷机.采用行波热声发动机驱动,工作频率在57 Hz左右,以平均压力3.0 MPa的氦气为工作介质,固定制冷机入口压比为1.075的前提下,研究该制冷机的性能.通过改变惯性管内径,研究惯性管调相对制冷机性能的影响,制冷量随着惯性管内径的增大先增大后减小;研究Gedeon声流对制冷机性能的影响,该声流的存在极大地恶化了制冷机性能,使得制冷机在冷头0 ℃时,冷量下降11.4%,冷头-20℃时,下降47.66%,冷头温度越低影响越大.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】4页(P33-36)【关键词】同轴行波热声制冷机;惯性管;Gedeon声流【作者】李山峰;余波;罗二仓;戴巍【作者单位】中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,北京,100190;北京航天试验技术研究所,北京,100074;中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,北京,100190;中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,北京,100190;中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,北京,100190【正文语种】中文【中图分类】TB6511 引言热声制冷具有诸多优点:其一、使用工质为惰性气体，既不会破坏臭氧层又不会产生温室效应，因而完全环保;其二、低温下没有运动部件，消除了振动，因而具有很高的可靠性。
而工作于室温温区的行波热声制冷机在低温端输出冷量后尚存在极大的膨胀功，通过反馈管对这部分声功进行回收利用，因而具有潜在的高效率，本研究小组于2004年研制了1台室温温区的行波热声制冷机，该制冷机将反馈管(惯性管)弯曲，与热缓冲管、冷端换热器、回热器、水冷器以及声容腔一起组成回路，其结构示意图如图1所示。
研究结果表明室温温区的行波热声发动机COP已经可以跟传统蒸汽压缩式制冷相媲美［1］。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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美国的犹他州立大学声冷中心承 担了HERETIC计划中的子项目，其 目的是把热声冷却设备与微电路 集成化，制出了系统尺寸从4.0～ 0.8 cm的各种规格的样机。该项目 论证了这种微结构尺寸下的热声 设备与集成电路结合在计算机和 电子设备中热管理的有效性。
NASA Glenn Research Center研 究中心采用微机电技术开发 的基于微型斯特林热动力学 循环的制冷设备可以直接应 用在需要冷却的微电子等器 件表面，有效地去除电子设 备的热负荷，确保其优异的 工作性能。
热声制冷机特点： • 结构简单、可靠性高， • 采用惰性气体作为工质无污染， • 工作频率范围宽，使其易于微型化，具 有可携带型， • 采用低品位的热能驱动
2. 热声制冷机的研究现状：
1986年，Hofler研制出了第 一台1/4波长的热声制冷机 样机。在驱动压比为3%、 环境温度20 ℃的条件下， 达到了-80℃的最低制冷温 度，产生约3 W的冷量。
1992年，Garrett等研究出 用于太空“发现号”航天飞 机的空间用热声制冷机，标 志着热声热机开始在太空领 域进入实用阶段。
美国海军研究院的Adeff和Holler 研制出以太阳能为热源的热声 制冷机。它是以太阳能为热源 的热驱动的热声制冷机。太阳 能聚集器向热声原动机提供100 W的热能，其结果产生2.5 W的 制冷量及18℃的制冷温差。
5.样机试制
① 压电蜂鸣器
Rated voltage Operating voltage Max. Current Consumption Min. Sound Output at 10cm Resonant Frequency 9V 1-25 V 3 mA 85 dB 4000 Hz
压电蜂鸣器实物
l
y0
结构参数 参数 孔隙率 B 板叠间隙 y0 板叠厚度 l 理论依据 0.3<B<0.95 2—5倍热渗透深度δk B=y0/(y0+l) 计算数值 取0.5 0.1mm 0.1mm
无因次化参数
其中：
分别计算中心位置为2mm、 3mm、4mm、5mm、6mm、7mm时 制冷量Q，消耗声功W和性能系数 COP随板叠长度的变化规律。 综合考虑取： 板叠中心位置3.5mm 板叠长度4.5mm
板叠型热声制冷机的结构参数总结
部件 参数 长度 中心位置 回热器 内径（直径） 间隙 厚度 热端换热器 冷端换热器 热端谐振管 冷端谐振管 内径（直径） 长度 内径（直径） 数值 4.5 mm 3.5 mm 28 mm 0.1 mm 0.1 mm 28 mm 0.4mm 28 mm
长度 内径（直径）
海波型更适合微型特性热声制冷机。
声驱动器：为了达到高频体积小的特点的使用压
电扬声器。
压电陶瓷-金属复合薄圆板振字
压电扬声器
回热器：不锈钢丝网、平行板叠和纤维毡。其中平行板叠由于流道规
整，流动阻力最小，但是成本较高。纤维毡的丝径能做到一个较小的值，
但是由于其无序的结构，流动阻力较大。丝网型介于两者之间，较为常
4、有限元软件进行声模态分析。
5、信号发生器、声压传感器、功率放大器，信号分析仪、温 度测试仪等硬件实验设备。
结构参数设计
运行工况
工作频率 f 环境温度 Tm 环境压力 Pm 工作介质 5000 Hz 300 K 1.013e5 Pa 空气 结构参数 结构参数 谐振管长度 L 理论依据 L=C/2f 计算数值 34.7mm 0—8.675mm 0—8.675mm 气团位移振幅4倍 气团位移振幅2倍 0.2mm 0.1mm
1997年，美国Los Alamos实 验室为Cryencoy研制的燃气 驱动的液化天然气装置，这 可以说是热声热机工程化的 一次飞跃。它在115 K下液化 燃气，设计产量为1900 L/d， 冷量约7 kW。
热声制冷机在 民用方面，也 得到了一定的 发展。家用的 热声冰箱样机 已经开发出来。
微型热声制冷机的研究现状 ：
谐振管声腔模态与振型
阶次 1 2 3 4 5 频率 f/Hz 5012.6 7308.6 7335 8896 8912.7 振型 轴向 径向对称 径向对称 径向对称 径向对称
6
13 14
10078.8
15265.3 15463.2
轴向
轴向 极轴对称
17
16325.5
极轴对称
第一阶 f=5012.6 Hz
起着影响热声热机共振频率、维持平面声场和储存部分声能的作用，
一直以来都是热声研究的热点与难点。
等截面圆柱管
渐缩锥管
渐扩锥管
谐振管形状：
有声容腔的等截面圆柱管
有声容腔的渐扩锥管
有声容腔的渐缩锥管
四、技术手段和实现方法
1、线性热声学等基础理论。
2、Matlab等软件进行数学模拟和仿真。
3、CAD软件进行建模。
1999年，美国国防部高级计划研究局主持的HERETIC计划开始对 与电子芯片一体化封装的微型制冷器进行研究，目的是发展用于高性 能的电子和光电子器件的制冷技术或设备。
诺克维尔科学中心的研究人员 开发了微型热声制冷机。研制 的目标为：设计出微结构热声 回热器，以便具有更紧凑的结 构和优化的热声效应参数；设 计出可用于电子芯片的微型热 声制冷机。
长度 内径（直径） 长度
0.2 mm 28 mm
0.85 mm 28 mm 28.75 mm
板叠型热声制冷机的三维建模
驱动器安装套 密封圈
衬套
密封圈
冷端谐振管
热端谐振管 热端换热器 回热器
冷端换热器
4.谐振管声模态有限元计算
谐振管简图
提取工质气体模型
单元类型：Ansys Fluid—3D Acoustic 30 材料属性: Sonic Velocity—347220mm/s Density—1.161e-09kg/mm3
第六阶 f=10078.8 Hz
第十三阶 f=15265.3Hz
第二阶 f=7308.6 Hz
第三阶 f=7335 Hz
第四阶 f=8896 Hz
第五阶 f=8912.7 Hz
第十四阶 f=15463.2 Hz
第十七阶 f=16325.5 Hz
基频：5012.6 Hz
激励频率高于7308.6Hz时，声腔出现沿非轴向方向传播的声波。
见且规格与种类非常多。
谐振管长度：可以分为1/2波长和1/4波长型。由于所有损失能量与
谐振管管壁表面积成比例，一个1/4波长的共振管损失的能量只有1/2
波长的谐振管的一半。所以四分之一波长的谐振管性能比较优越。而
且1/4波长谐振管能够使整机的尺寸更加缩减。
谐振管形状：谐振管的形状对热声系统的工作压比有影响。谐振管
东南大学机械工程学院也在进行微型化热声制冷机的研究。 设计出一台整机长度约为35 mm，工作频率 为5000 Hz，制冷温差为25 ℃，制冷功率为 0.3 W的微型高频的热声制冷机
数据采集 分析系统
温度测量仪
热电偶
热电偶
功率 放大器
扬声器
信号 发生器
声压 传感器
三、微型高频热声制冷机的设计方案
热声制冷机声场性质可以分为驻波型热声制冷机和行波型热声制冷
微型高频热声制冷机
东南大学机械工程学院 张建润 2015.10.16
目录
什么是热声制冷
国内外研究现状 微型高频热声制冷机的设计方案 研究的技术手段和研究方法
1、什么是热声制冷
热声装置利用热声原理实现热与声两种 能量之间相互转换。 • 将热转化为声波称为热机， • 通过声波来泵热，称为制冷机
1850年，Sondhauss 发现热—声关系 声振荡的频率与玻璃管长度与封闭端容积有关 1878年，Lord Rayleigh第一次对热声现象做了定性的分析与描述： 流体运动与传热之间存在合适的相位时，将产生声振荡。 产生声振荡的介质密度变大时提供热量， 介质密度变小时吸收热量进行周期性的供热吸热，将热量转化为声振 荡，这就是Rayleigh准则