舰载电子设备热声冷却系统的研究

发布时间：2017-08-16 02:25

  本文关键词：舰载电子设备热声冷却系统的研究

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【摘要】：舰载电子设备,特别是舰载雷达是最大的热源,需要不间断的冷却以保持它的正常工作和尽量改善其红外隐身效果。然而,雷达在其整个生命周期都处于严酷的高温和高湿等复杂物理环境下工作,因此要确保其冷却系统在此恶劣工况下长期稳定的运行面临很大挑战。与传统的制冷压缩机机不同,热声制冷机没有任何运动或旋转的机械部件,这为开发高可靠性和长使用寿命的舰载电子设备冷却系统提供了可能。本文论述了热声技术的研究背景和意义,并对舰载电子设备热声冷却系统开展了初步的理论研究和物理样机设计及制造,最后在实验室进行了实测研究。主要研究内容包括:(1)建立了热声系统的电-磁-机-声-热多物理场耦合模型;(2)设计了由双边对称正弦弹簧支撑的大行程、高效率的动圈式直线马达;(3)设计制造由扬声器驱动的驻波式热声制冷机;(4)系统地实验研究了驱动频率、驱动器室边界条件、声谐振管长度、板叠长度和板叠中心位置对冷热端温差和声压的影响。通过研究发现:(1)板叠长度和中心位置对热声转换效率影响较大,需要理论与实验联合来确定它们的最佳值;(2)热声驱动扬声器的固有频率受声谐振管的长度影响较大:谐振管越短,附加气体弹簧刚度越大,导致扬声器的频率变高;(3)当扬声器的固有频率与谐振管的声学共振频率相同时,热声转换效率最高;(4)在正常室温、室压(静压为1个大气压)和空气为声学介质的条件下,在50W(20V,8?)供电的驱动下,首次实现了冷热端温差为37℃的热声制冷机系统。这为热声制冷系统在舰载电子设备冷却系统中的应用提供了强有力的支持。
【关键词】：热声 直线马达 雷达 舰船
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.703
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 热声效应的发现10-11
• 1.3 热声理论的进展11
• 1.4 热声理论应用11-21
• 1.4.1 热声发动机12-17
• 1.4.2 热声制冷机17-21
• 1.5 本文研究内容和创新点21-23
• 1.5.1 研究内容21-22
• 1.5.2 主要创新点22-23
• 第二章 线性热声理论23-43
• 2.1 声学和热力学概述23-32
• 2.1.1 热机声场23-24
• 2.1.2 热力学原理24-26
• 2.1.3 热力学分析26-32
• 2.2 线性热声理论32-40
• 2.2.1 基本假设32
• 2.2.2 热声学方程32-39
• 2.2.3 局限39-40
• 2.3 热机的效率40-42
• 2.3.1 热声制冷机40-41
• 2.3.2 热声发动机41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 动圈式直线马达设计43-77
• 3.1 工作原理和结构44-45
• 3.2 数学模型45-52
• 3.2.1 机械动力学系统45-49
• 3.2.2 电磁系统49-50
• 3.2.3 系统微分方程组50
• 3.2.4 数学模型共振特性分析50-52
• 3.3 动圈式直线马达设计与分析52-75
• 3.3.1 整体设计原则和要求52-54
• 3.3.2 总设计流程54-55
• 3.3.3 电磁系统设计55-62
• 3.3.4 机械系统设计62-74
• 3.3.5 最后计算结果列表74-75
• 3.4 本章小结75-77
• 第四章 热声制冷机的设计和实验分析77-103
• 4.1 设计原则和要求77
• 4.2 设计流程77-79
• 4.3 工作参数和结构参数79-93
• 4.3.1 气体工质、平均压强和平均工作温度79-80
• 4.3.2 谐振频率和驱动比80-81
• 4.3.3 部件的结构参数81-93
• 4.4 热声制冷机实验研究93-102
• 4.4.1 谐振管长度95-96
• 4.4.2 驱动器室96-98
• 4.4.3 板叠长度和中心位置98-102
• 4.5 本章小结102-103
• 总结与展望103-105
• 本文总结103-104
• 下一步的工作104-105
• 参考文献105-111
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果111-112
• 致谢112-113
• 附件113

【参考文献】

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本文编号：681048