5000Hz级热声制冷样机的研究与设计

发布时间：2017-04-08 17:47

  本文关键词：5000Hz级热声制冷样机的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热声制冷机无运动部件、结构简单、工作寿命长并且可以通过提高工作频率来减小装置尺寸,因此,作为一种新型的制冷装置,热声制冷机在电子元器件的散热方面具有广泛的应用前景。在国内,对于高频的热声制冷机的研究还较为缺乏,本文将热声制冷机的工作频率提高到5000Hz,进行了高频热声制冷机的理论基础、谐振管的声腔模态、样机内流场、温度场等研究工作以及样机的研制和实验的验证：1.以线性热声理论为基础,从声学、热力学以及动力学角度研究了热声制冷机的工作原理,分析并总结高频热声制冷机的研究难点。2.进行了半波长驻波型热声制冷机的结构参数分析,利用无因次化的方法对板叠的长度和中心位置2个参数进行了数值优化,从理论上提高了热声制冷机的制冷性能。3.对谐振管声腔模态进行研究分析,确定该样机的基频为5012.57Hz,截止频率为7308.55Hz。4.研究热声制冷机内的流场、温度场分布情况,结果表明,谐振管中压力与速度的相位差始终维持在90。,声功损耗主要集中在回热器上,在板叠间隙中,由于气体的粘滞性,造成靠近固体处的速度接近于零,气体沿固体形成温度梯度,温降约为15K。5.组装实验样机,进行样机制冷性能的测试实验,实验结果表明,在工作频率为5012.57Hz,平均气压为0.1MPa,平均室温为15℃的工况下,该实验得到的冷热端最大温差为3K,最大温降为1.5K。
【关键词】：热声制冷机 5000Hz 声腔模态 流场、温度场 样机
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB651
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 微型热声制冷机的研究意义9
• 1.2 热声理论的研究进展9-11
• 1.3 热声制冷装置的研究进展11-14
• 1.4 热声制冷装置微型化的研究进展14-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 热声制冷机的理论基础研究17-25
• 2.1 声波特性17-18
• 2.2 热力学模型18-19
• 2.3 线性热声理论19-22
• 2.3.1 基本热声方程19-21
• 2.3.2 声功流21
• 2.3.3 总能流21-22
• 2.4 热声制冷机的工作原理22-23
• 2.5 高频热声制冷机的难点分析23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 高频热声制冷机结构参数分析与优化设计25-32
• 3.1 热声制冷机总体设计方案25
• 3.2 热声制冷机的结构参数分析25-28
• 3.2.1 运行工况参数25-27
• 3.2.2 结构参数27-28
• 3.3 板叠参数的优化设计28-30
• 3.4 本章小结30-32
• 第四章 驻波型热声制冷机声腔模态计算与分析32-38
• 4.1 谐振管模型的建立32-33
• 4.2 谐振管中声波截止频率计算33-34
• 4.3 谐振管中气体模态的计算34-37
• 4.3.1 模型的建立35
• 4.3.2 自由模态的计算35
• 4.3.3 计算结果分析35-36
• 4.3.4 结果对比分析36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 热声制冷机流场、温度场仿真38-46
• 5.1 谐振管中流场特性分析38-39
• 5.2 谐振管中流场仿真模拟39-43
• 5.2.1 利用DeltaE软件的仿真计算39-41
• 5.2.2 利用Fluent软件的仿真模拟41-43
• 5.3 板叠间隙气体的流场、温度场仿真模拟43-44
• 5.4 本章小结44-46
• 第六章 5000Hz热声制冷样机的试制与实验46-54
• 6.1 实验样机的试制46-50
• 6.1.1 声驱动器的选择47-48
• 6.1.2 回热器的试制48
• 6.1.3 换热器的试制48-49
• 6.1.4 谐振管的试制49-50
• 6.2 制冷性能实验50-53
• 6.2.1 实验平台的搭建50-52
• 6.2.2 测试及结果分析52-53
• 6.3 本章小结53-54
• 第七章 总结和展望54-56
• 7.1 全文总结54-55
• 7.2 工作展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-59

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