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熱聲制冷機(jī)概念

2016-05-18 17:05:24 342

低溫制冷機(jī)的一個(gè)主要發(fā)展方向是完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。基于熱效應(yīng)的熱聲驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)是一個(gè)重要代表,近年來(lái)發(fā)展十分迅速。簡(jiǎn)單的說(shuō),熱聲效應(yīng)是指熱能和聲功之間的相互轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。從聲學(xué)角度上,它是可壓縮的流體的聲振蕩與固體介質(zhì)之間由于熱相互作用而產(chǎn)生的時(shí)均能力效應(yīng)。可產(chǎn)生熱聲效應(yīng)的流體介質(zhì)必須有可壓縮性,較大的熱膨脹系數(shù),小的普朗特?cái)?shù),而且對(duì)于要求較大溫差,較小能量流密度的場(chǎng)合,流體比熱要小,對(duì)于要求較小溫差,較大能量流密度的場(chǎng)合,流體比熱要打。因此,理想氣體如空氣,氦氣,特別是氦氣,適用于較大溫差,較小能量流密度的場(chǎng)合,在近臨界區(qū)的簡(jiǎn)單液體,如CO2,簡(jiǎn)單的碳?xì)浠衔锏龋m用于較小溫差,較大能量流密度的場(chǎng)合。

  熱聲制冷的概念是美國(guó)Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Wheatley等人在20世紀(jì)80年代提出的。在諧振管的熱端輸入聲功,諧振管中工作氣體受到升壓作用產(chǎn)生絕熱壓縮和膨脹。處于熱聲板疊左端的氣團(tuán)受到壓縮,溫度升高,于是向板疊放熱。在熱聲板疊的右端,氣體絕熱膨脹,溫度低于當(dāng)?shù)匕瀵B溫度,氣團(tuán)從板疊吸熱。這樣聲波的每一個(gè)循環(huán)中,氣團(tuán)將熱量從熱聲板疊的右端向左端傳遞,使兩端的溫差增大,產(chǎn)生制冷效果。

  根據(jù)熱聲板疊所處的聲場(chǎng)類(lèi)型,可以分為駐波型熱聲機(jī)和行波型熱聲機(jī)。駐波型熱聲機(jī)的運(yùn)行時(shí)基于內(nèi)部不可逆性的熱力學(xué)循環(huán),其氣體和板疊之間的不可逆換熱導(dǎo)致的熵限制了駐波熱聲機(jī)的效率,其熱力學(xué)效率往往不可能很高,一般在0.2以下。行波熱聲機(jī)類(lèi)似于斯特林熱力學(xué)循環(huán),其過(guò)程是本征可逆的,因此行波熱聲機(jī)的效率在理論上高于具有本征不可逆性的駐波熱聲機(jī)。

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