热声制冷机 ppt课件
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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
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
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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
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四、技术手段和实现方法
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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
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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。
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 机,驻波型更适合微型特性热声制冷机。
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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
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压电扬声器
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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
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。
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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。
工作介质
300 K 1.013e5 Pa
空气
结构参数 谐振管长度 L
结构参数 理论依据
L=C/2f
气团位移振幅4倍 气团位移振幅2倍
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计算数值
34.7mm 0—8.675mm 0—8.675mm
0.2mm 0.1mm
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l y0
参数 孔隙率 B
板叠间隙 y0 板叠厚度 l
结构参数 理论依据 0.3<B<0.95 2—5倍热渗透深度δk B=y0/(y0+l)
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。 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。
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结构参数设计
运行工况
工作频率 f
5000 Hz
环境温度 Tm 环境压力 Pm
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计算数值 取0.5 0.1mm 0.1mm
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无因次化参数
其中:
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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
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板叠型热声制冷机的结构参数总结
部件
参数
数值
长度
4.5 mm
中心位置
3.5 mm
回热器
Biblioteka Baidu
内径(直径)
28 mm
间隙
0.1 mm
声制冷机。
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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
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微型热声制冷机的研究现状 :
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
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
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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
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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
工作性能。
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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。
温度测量仪
热电偶 热电偶
功率 放大器
扬声器
信号 发生器
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
声压 传感器
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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。
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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。
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 见且规格与种类非常多。
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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。