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[学位]

热声发动机起振特性与结构优化的数值研究

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Author:

胡露露 (胡露露.)

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Abstract:

热声发动机是一种具有环保、可靠性高和能有效利用余热等突出优点的新型热力机械,同时它还具有获取较高效率的巨大潜能。在能源形势与环境问题日益严峻、节能减排势在必行的今天,热声系统的研究引起了世界上越来越多的关注与投入,已成为国内外的研究热点。本文正是围绕这一热点,从热声系统的核心结构板叠入手,在对平行板叠式驻波型热声发动机性能研究的基础上,根据板叠间距与板叠轴向温度变化趋势相一致的设计思想,提出了非等截面板叠结构;并基于如何抑制斯特林热声发动机中非线性Gedeon流的问题,建立了带相位调节器(PA)结构的斯特林热声发动机的数理模型,为热声发动机高效潜力的实现提供了结构优化的理论依据。作者主要对以下几个方面展开了研究工作,并得到了一些进展:1、建立了驻波型热声发动机模型,并分别研究了驻波型热声系统中谐振腔及板叠等的结构参数对系统频率及性能的影响规律。结果表明:谐振腔长度、直径及容积的增加,均将导致系统频率的降低,其中,直径对于系统频率的影响最大。针对板叠结构对热声系统起振特性及热力特性的影响机理,重点研究了平板间距、厚度及孔隙率对系统各性能参数的影响规律,在此基础上,进一步对系统的消振特性进行了研究,并数值验证了滞后回路的存在。 2、建立并模拟了非等截面板叠式驻波型热声发动机模型,重点研究了在小平板数量的条件下,渐缩式板叠锥角对系统起振特性及压比、声功等性能参数的影响规律,发现存在一个最佳锥角使系统性能达到最优;另外,对比相同板叠数的平行和渐扩型热声发动机,发现渐缩型板叠系统更容易起振和获得更好的热力性能。3、为进一步比较非等截面板叠对热声发动机的影响机理,针对大平板数的热声发动机建立数理模型,详细对比了渐缩、渐扩和平行板叠的热力特性,比较发现:通过增加板叠数量,可以大大改善热声发动机的热力性能,尤其是平行和渐扩结构,且渐扩式性能最快,其性能甚至优于渐缩式结构。4、系统展开了相位调节器(PA)结构在斯特林热声发动机系统中工作机理研究,重点分析了PA结构的内径与安装位置对热声系统的压力振幅、体积流率、相位差及声功的影响规律,尤其是数值验证了非线性Gedeon流的存在,及PA结构对其的影响规律。研究发现,除声直流外,当PA结构距回热器热端小于0.43m,同时保证PA内径在50~60mm左右时,压比和声功流等性能参数均可获得最佳值,而为使系统的声直流最小,应让PA结构距回热器热端大于0.62m,同时保证PA内径在20mm左右,所以在确定PA结构的内径及位置时应综合权衡。 关 键 词:热声发动机;数值模拟;非等截面板叠;相位调节器;自激振荡论文类型:应用基础

Keyword:

热声发动机数值模拟非等截面板叠相位调节器自激振荡

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 刘迎文

Year: 2013

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 5

FAQ| About| Online/Total:551/217511493
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