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《串列熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)的發(fā)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、串列熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)的發(fā)展胡忠軍，李正宇，李青，周剛，李強(qiáng)（中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，北京，100190）摘要：分析了串列熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)的工作機(jī)理，包括全波長(zhǎng)二階諧振機(jī)理及其控制措施、駐波級(jí)和行波級(jí)高效熱聲轉(zhuǎn)換的工作機(jī)理以及駐波級(jí)熱聲制冷單元回收行波級(jí)膨脹功方式和特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：熱聲制冷機(jī);諧振頻率;駐波;行波DevelopmentofthetandemthermoacousticrefrigeratorZhongJunHu，ZhengYuLi，QingLi，GangZhou，QiangLi(Tec
2、hnicalInstituteofPhysicsandChemistry,CAS,Beijing,100190)Abstract：Theworkingmechanismofthetandemthermoacousticrefrigeratordrivenbyheatwasanalyzed.Thefull-wavelengthresonancewouldbeexcitedintandemthermoacousticrefrigerators.Howtocontrolthissecond-order
3、resonantmodewasdiscussed.Thethermoacousticconversioninstanding-waveandtraveling-wavethermoacousticunitswouldbemuchmoreeffectivethanthatinconventionalstanding-wavethermoacousticengines.Therecoveryoftheexpansionpowerbyastanding-wavethermoacousticunitwa
4、sstudied.Keywords:Thermoacousticrefrigerator,Resonantfrequency,Standing-wave,Traveling-wave1引言收稿日期：2009-08-20作者簡(jiǎn)介：胡忠軍（1977-），男，助理研究員，研究方向?yàn)闊崧暭夹g(shù)、低溫工程。本項(xiàng)目獲國(guó)家自然科學(xué)基金（10804114）資助熱聲制冷機(jī)簡(jiǎn)單、環(huán)保和節(jié)能的特性符合可持續(xù)發(fā)展的需要，是當(dāng)前制冷技術(shù)領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)之一。早期電聲驅(qū)動(dòng)的駐波型熱聲制冷機(jī)，依賴(lài)于氣固二元工質(zhì)間的不可逆?zhèn)?/p>
5、熱過(guò)程工作，其熱效率的提高受到限制，-20℃下的制冷系數(shù)（COP）通常僅為0.6左右，是傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷的20％～30％。隨著對(duì)太陽(yáng)能和各種低品位熱能的開(kāi)發(fā)利用，熱源驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。這種熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)，先通過(guò)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)熱能向聲能的轉(zhuǎn)換，在熱聲制冷單元進(jìn)一步利用聲能實(shí)現(xiàn)熱量由低溫向室溫的泵送。美國(guó)海軍研究生院的Holfler等1996年研制的普冷溫區(qū)駐波型熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)該機(jī)獲得了0.56的COP[1]。1999年由美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建立的一種新型的可實(shí)現(xiàn)聲
6、功回收的脈管型制冷機(jī)屬于行波型熱聲制冷機(jī)的范疇，在0oC時(shí)獲得了1左右的COP[2]。2002年，日本T.Yazaki等人報(bào)道了所謂的“無(wú)活塞型斯特林制冷機(jī)”，該熱聲驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)利用了環(huán)行閉合回路獲得了-27oC最低溫度[3]。2006年中科院理化所羅二倉(cāng)等研制的雙環(huán)形圈型行波熱聲制冷機(jī)，單純行波制冷機(jī)的COP在-22℃達(dá)到了1.8，整機(jī)COP達(dá)到0.11[4]?；仡櫢咝胁狎?qū)熱聲制冷的發(fā)展，早期研究集中在以熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)代替脈沖管制冷機(jī)的壓縮機(jī)。由于脈沖管制冷的理論制冷系數(shù)是冷端溫度與環(huán)境溫
7、度絕對(duì)溫度之比，在低溫工況下接近卡諾制冷系數(shù)，但在普冷制冷范圍內(nèi)遠(yuǎn)低于卡諾制冷系數(shù)，制冷功率密度也不大。后來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的環(huán)形行波型熱聲制冷機(jī)總是難以克服聲直流損失的問(wèn)題，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和行波制冷機(jī)之間的匹配也影響系統(tǒng)效率的提高，有時(shí)存在嚴(yán)重的大馬拉小車(chē)現(xiàn)象，制約了其在工程的廣泛應(yīng)用。為提高實(shí)際功率密度和制冷系數(shù)，在研究級(jí)聯(lián)型熱聲熱機(jī)的基礎(chǔ)上[5]，新近發(fā)展了一種新串列熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)[6,7]。2工作機(jī)理熱驅(qū)熱聲制冷機(jī)一個(gè)突出的問(wèn)題就是熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元與熱聲制冷機(jī)單元之間銜接方式及其阻抗匹配的問(wèn)題。串
8、列熱聲制冷系統(tǒng)就是通過(guò)構(gòu)造出全波長(zhǎng)諧振系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聲功在發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)之間的有效傳輸。串列熱聲制冷系統(tǒng)可看作級(jí)聯(lián)型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和級(jí)聯(lián)型熱聲制冷機(jī)前后串列協(xié)同工作的系統(tǒng)，即在一個(gè)全波長(zhǎng)諧振器內(nèi)依次布置級(jí)聯(lián)型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元（熱聲源）和熱聲制冷機(jī)單元（熱聲負(fù)載）。熱聲源和熱聲負(fù)載之間互為調(diào)相機(jī)構(gòu)，代替了部分為維持聲場(chǎng)特征而必須附加的高耗功諧振結(jié)構(gòu)，可解決熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲制冷機(jī)之間的阻抗匹配失調(diào)問(wèn)題。計(jì)算表明，理論上串列式熱聲制冷可達(dá)到傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷的效率。2.1諧振器全波長(zhǎng)諧振機(jī)理和二階諧振模態(tài)的實(shí)現(xiàn)條
