热声制冷机概念
2016-05-18 17:05:24
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低温制冷机的一个主要发展方向是完全无运动部件。基于热效应的热声驱动制冷机是一个重要代表，近年来发展十分迅速。简单的说，热声效应是指热能和声功之间的相互转换现象。从声学角度上，它是可压缩的流体的声振荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能力效应。可产生热声效应的流体介质必须有可压缩性，较大的热膨胀系数，小的普朗特数，而且对于要求较大温差，较小能量流密度的场合，流体比热要小，对于要求较小温差，较大能量流密度的场合，流体比热要打。因此，理想气体如空气，氦气，特别是氦气，适用于较大温差，较小能量流密度的场合，在近临界区的简单液体，如CO2，简单的碳氢化合物等，适用于较小温差，较大能量流密度的场合。
热声制冷的概念是美国Los Alamos国家实验室的Wheatley等人在20世纪80年代提出的。在谐振管的热端输入声功，谐振管中工作气体受到升压作用产生绝热压缩和膨胀。处于热声板叠左端的气团受到压缩，温度升高，于是向板叠放热。在热声板叠的右端，气体绝热膨胀，温度低于当地板叠温度，气团从板叠吸热。这样声波的每一个循环中，气团将热量从热声板叠的右端向左端传递，使两端的温差增大，产生制冷效果。
根据热声板叠所处的声场类型，可以分为驻波型热声机和行波型热声机。驻波型热声机的运行时基于内部不可逆性的热力学循环，其气体和板叠之间的不可逆换热导致的熵限制了驻波热声机的效率，其热力学效率往往不可能很高，一般在0.2以下。行波热声机类似于斯特林热力学循环，其过程是本征可逆的，因此行波热声机的效率在理论上高于具有本征不可逆性的驻波热声机。