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1、熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究低溫與超導(dǎo)第39卷第6期本期頭條FocusCryo.&SupercondV0I_39No.6熱聲制冷機回熱器的數(shù)值研究高崗,謝秀娟,李青,趙爽(1.中
2、國科學院低溫工程學重點實驗室(理化技術(shù)研究所),北京100190;2.中國科學院研究生院,北京100049)摘要:以駐波型熱聲制冷機的回熱器作為研究對象,通過對二維可壓縮形式的連續(xù)性方程,N—S方程,能量方程和理想氣體狀態(tài)方程的數(shù)值求解,得到了熱聲核區(qū)域內(nèi)工作介質(zhì)的能流密度矢量和能量跡線云圖.結(jié)果表明:在軸向方向上影響能量傳遞的主要因素為氣體的熱傳導(dǎo)項.關(guān)鍵詞:熱聲;回熱器;能流密度矢量NumericalinvestigationofthestackinthethermoacousticrefrigeratorGao
3、Gang一,XieXiujuan,LiQing,ZhaoShuang’(1.KeyLaboratoryofCryogenics,TechnicalInstituteofPhysicsandChemistry,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;2.GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:Thestackofthestanding—wavethermoacous
4、ticrefrigeratorwasstudied,thehydro—andthermodynamicalprocessesnearandwithinathermoacousticcoupleweresimulatedandanalyzedbynumericalsolutionofthecompressibleNavier—Stokes,continuity,andenergyequationsforanidealgas,concentratingonthetime—averagedenergyfluxdensity
5、inthegas.Energyflowdensityvectorandenergyflowdensitytracecloudwereobtainedwithincomputationaldomain.Themaineffectofen—ergytransferintheaxialdirectionwastheheatconductionterm.Keywords:Thermoacoustic,Stack,Energyflowdensityvector1引言研究學者通過對熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機研究的結(jié)果表明:熱聲熱機在
6、一定的溫度梯度條件下,聲波與內(nèi)部固體結(jié)構(gòu)(例如回熱器和熱交換器)相互作用,從而產(chǎn)生聲功或者消耗聲功產(chǎn)生制冷(或熱泵)效應(yīng),這些過程都是基于熱聲效應(yīng)而產(chǎn)生的.通過滿足適當條件下的壓力和速度振蕩相位關(guān)系,以完成可壓縮流體介質(zhì)與固體附近進行的微觀熱力學循環(huán).對于熱聲設(shè)備中流體流動和傳熱過程的描述,經(jīng)典的熱聲理論都是基于一階(Rott方程)線性方程,但是回熱器和換熱器的存在所造成流道截面積的突變,必將影響工作介質(zhì)的流動和傳熱特性,熱聲核截面溫度分布不均勻,流動的不確定性等現(xiàn)象都很難用線性熱聲理論加以解釋;此外,由于系統(tǒng)壓比的
7、不斷增加,進口效應(yīng)和湍流傳捩的結(jié)合(如周期內(nèi)湍流猝發(fā))漸漸超出了線性理論的適用范圍.這些復(fù)雜的可壓縮流體流動和傳熱過程決定了熱聲熱機的工作狀態(tài),遺憾的是,目前還不能從理論上完全解釋這些復(fù)雜的過程.Swirl系統(tǒng)地回顧和總結(jié)了熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機,提出了較為完善的一階熱聲理論模型.Tijani從應(yīng)用角度出發(fā),提出了揚聲器驅(qū)動熱聲制冷機的設(shè)計方法.他所設(shè)計的熱聲制冷機目標為:在壓比為3%的情況下,達到了一65℃的低溫.壓比的物理意義為:在諧振管內(nèi),壓力反節(jié)點處的壓力波動值與平均壓力的比值,壓比對于熱聲制冷機是一個非常重
8、要的參數(shù).2005年,羅二倉等人采用聚能型行波熱聲發(fā)動機驅(qū)動無氣庫的慣性管型脈沖管制冷機,在工作頻率91Hz,平均壓力2.045MPa,壓比為1.212時,達到了75.1K的無負荷制冷溫度,首次突破液氮溫區(qū),目前他們的單級脈沖管可以達到68.收稿日期:2011—03—10基金項目:國家自然科學基金資助項目(50806081).作者簡介高崗(19
