高频微型驻波热声制冷机基础问题研究

摘要

低温制冷中,很大程度要依靠机械压缩机。因此,寿命、可靠性等受到很大的影响。热声制冷是一项新技术，具有无运动部件、没有磨损、可靠性高等优点，有很大的应用前景。
　　论文描述热声制冷机相关背景及驻波热声制冷机发展状况。热声效应涉及流体力学、热力学、声学等基础知识。介绍了热声效应相关理论及实现过程，对板叠内部传热做了描述，能够对驻波热声制冷机有一个系统认知。
　　课题引入锥管，对不同斜度锥管进行分析，随着斜度增大末端压力先增大后减小，存在相对合适斜度，模型取斜度为060。当驱动频率和设计频率接近或者一致时，会出现共振现象，此时压力最大，制冷效率提高。对零部件谐振管及板叠进行设计。为了研究板叠制冷特性，在谐振管中放置一块固体板叠，板叠左右两侧靠近端部地方设置监测点，沿着板叠方向出现一定的温度梯度。比较不同压力下，板叠两端温度变化，压力提升，温差变大。
　　首先对设计模型用FLUENT模拟声压和声速，开口端施加周期性余弦压力，得到结果和经典理论相吻合。谐振管中放入单块板叠，分析温差特性，随着压力增大，板叠两端温差增大。整个驻波热声制冷机引入板叠和换热器，采用多孔介质来模拟冷热端换热器，观测沿轴线方向温度变化。取板叠间隙中的一点进行监测，观测温度随时间变化关系，在板叠间隙中取六个对称监测点，中间温度变化幅度大，两端温度变化幅度小，分析板叠间隙中介质的流动特性。压比增大或者平均压力升高都会提高制冷效率。
　　最后对论文做了总结，引入锥管加强声压，并对热声制冷机相关特性进行了数值模拟，也指出了论文的不足。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1研究背景

1.2热声效应的发现

1.3高频微型化热声制冷机

1.4 有限元法简介及FLUENT软件介绍

1.5本文主要内容概要

1.6 本文拟研究的主要问题

2热声学理论

2.1热声学理论基础

2.2热声效应理论发展

2.3本章小结

3驻波热声制冷机原理及相关设计准则

3.1热声制冷机的原理及工作过程分析

3.2热声制冷机零部件设计

3.3运行参数选择

3.4本章小结

4热声制冷机模型设计

4.1锥管动压幅值放大分析

4.2谐振管初始设计

4.3设计模型模态分析

4.4本章小结

5热声效应影响因素研究及提高制冷效率途径的探讨

5.1谐振管FLUENT模拟

5.2谐振管内放置一块板叠两端温差特性仿真

5.3热声制冷机具体结构参数及计算

5.4板叠间介质速度变化

5.5板叠间隙中温度分布

5.6平均压力对板叠两端温差影响

5.7压比对板叠两端温差影响

5.8本章总结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢