專(zhuān)利名稱(chēng)：行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置。適用于各種機(jī)械壓縮機(jī)和熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中的相位調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
熱聲效應(yīng)是熱與聲之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，即聲場(chǎng)中的時(shí)均熱力學(xué)效應(yīng)。熱聲熱機(jī)本質(zhì)上是一種通過(guò)熱聲效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)化或傳輸?shù)难b置。熱聲熱機(jī)不需要外部的機(jī)械手段就可以使振蕩流體的速度和壓力之間建立起合理的相位關(guān)系，因此，不需要機(jī)械傳動(dòng)部件，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。按能量轉(zhuǎn)換方向的不同，熱聲效應(yīng)可分為兩類(lèi)一是用熱來(lái)產(chǎn)生聲，即熱驅(qū)動(dòng)的聲振蕩；二是用聲來(lái)產(chǎn)生熱，即聲驅(qū)動(dòng)的熱量傳輸。只要具備一定的條件，熱聲效應(yīng)在行波聲場(chǎng)、駐波聲場(chǎng)以及兩者結(jié)合的聲場(chǎng)中都能發(fā)生。
根據(jù)聲場(chǎng)特性不同，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)主要分為駐波型、行波型及駐波行波混合型三種型式。行波聲場(chǎng)中速度波和壓力波動(dòng)相位相同，而在駐波聲場(chǎng)中二者相差90°。由于駐波場(chǎng)中速度和壓力之間的相位差為90°，當(dāng)板疊處氣體速度處于正向最大時(shí)，氣體在板疊通道中高速向熱端極限移動(dòng)，掠過(guò)正向半個(gè)周期運(yùn)動(dòng)中的絕大部分位移(即掠過(guò)大部分的溫度梯度)，因此，這一過(guò)程應(yīng)該是加熱最強(qiáng)烈的時(shí)間段。但此時(shí)也正是壓力變化最大的時(shí)候，氣體在這一時(shí)段被迅速壓縮，壓縮過(guò)程和加熱過(guò)程同時(shí)發(fā)生，從熱力學(xué)的角度看既不利于壓縮也不利于加熱，因此造成氣體與固體之間傳熱的滯后，這一熱滯后使得當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)變緩吸收熱量時(shí)氣體與固體介質(zhì)之間已經(jīng)有相當(dāng)?shù)臏夭?，從而造成很大的不可逆損失。但是我們也應(yīng)當(dāng)看到，如果沒(méi)有熱滯后，駐波聲場(chǎng)理論上不能產(chǎn)生聲功，它是以降低熱力學(xué)效率為代價(jià)來(lái)產(chǎn)生聲功的；同理，當(dāng)氣體經(jīng)歷膨脹過(guò)程時(shí)，卻同時(shí)經(jīng)歷氣體高速向低溫端運(yùn)動(dòng)的冷卻過(guò)程，這樣的過(guò)程既不利于膨脹也不利于放熱。從上面的過(guò)程分析可以看到為了在駐波場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化就必須采用間距較大的板疊以形成熱滯后，使一部分加熱發(fā)生在壓縮過(guò)程之后，一部分冷卻發(fā)生在膨脹過(guò)程之后，然而氣體同固體間的有限溫差熱傳遞造成的不可逆熱力過(guò)程使整個(gè)裝置的效率大大降低。
行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中回?zé)崞魈盍系目障冻叽邕h(yuǎn)小于氣體熱滲透深度，實(shí)現(xiàn)了固體與氣體間的理想熱接觸，加熱和冷卻近似為可逆等溫過(guò)程。同時(shí)，行波聲場(chǎng)中速度和壓力同相位。在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞魈?，?dāng)氣體被迅速壓縮時(shí)，氣體運(yùn)動(dòng)速度很小，跨過(guò)回?zé)崞魃陷^小的溫度增量，因此可以被高效地壓縮，而在加熱過(guò)程中，氣體具有最大的正向速度，跨過(guò)最大的溫度增長(zhǎng)區(qū)間，而此時(shí)壓力卻變化很小，因此可以實(shí)現(xiàn)高效的吸熱膨脹過(guò)程，從熱力學(xué)角度來(lái)看這無(wú)疑是對(duì)熱能到聲功的轉(zhuǎn)換非常有利；同理，當(dāng)氣體進(jìn)入壓力降低階段后，氣體運(yùn)動(dòng)速度較小，掠過(guò)熱聲回?zé)崞鬏^小的溫度區(qū)間，所以利于壓力的降低，當(dāng)氣體壓力降到一定程度時(shí)速度變大，溫度變化迅速，氣體對(duì)回?zé)崞鞣艧?，氣體先經(jīng)歷膨脹再放熱。從以上分析可以看出行波聲場(chǎng)中的熱聲轉(zhuǎn)換過(guò)程自然進(jìn)行，沒(méi)有不可逆過(guò)程的參與，并且很小的回?zé)崞魉霃侥軌虮ＷC氣體與回?zé)崞鞯牡葴貍鳠幔虼?，行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)理論上進(jìn)行的是可逆熱聲轉(zhuǎn)換過(guò)程，可以獲得比駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)更高的熱力學(xué)效率。
從上面的分析可以看到，行波聲場(chǎng)的一個(gè)本質(zhì)特征就是速度波動(dòng)與壓力波動(dòng)相位相同，此時(shí)如果發(fā)生熱功轉(zhuǎn)換效率最高。目前，在實(shí)際熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，這個(gè)相位是通過(guò)精確設(shè)計(jì)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)聲學(xué)部件的結(jié)構(gòu)尺寸獲得的。通過(guò)聲感和聲容得聲學(xué)傳輸作用，在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)進(jìn)行速度和壓力的相位調(diào)節(jié)，如果二者的結(jié)構(gòu)尺寸合理，那么就會(huì)在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞魈幃a(chǎn)生行波相位，即此處壓力波動(dòng)和速度波動(dòng)相位相同。但是，這種相位調(diào)節(jié)方法要求聲容和聲感必須滿(mǎn)足良好匹配，一旦不滿(mǎn)足該條件，那么就必須更換部件，工作量和成本都較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置。
它是在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器上面設(shè)置彈性調(diào)相裝置。所述的彈性調(diào)相裝置具有依次連接的滑動(dòng)塊、彈簧部件和支撐部件?；蛘呔哂幸来芜B接的彈性膜片、支撐薄片、彈簧部件和支撐部件。彈簧部件為普通彈簧或板本發(fā)明在環(huán)路內(nèi)加一個(gè)彈性裝置，通過(guò)改變?cè)搹椥圆考膭偠葋?lái)調(diào)節(jié)聲容的大小，從而可以很方便地對(duì)環(huán)路內(nèi)相位進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，并減小環(huán)路容積。同時(shí)，彈性部件的端部通過(guò)彈性膜片或活塞間隙密封，可以有效阻止環(huán)路內(nèi)的Gedeon直流，減小熱損失。


圖1端部為滑動(dòng)塊密封的彈性調(diào)相裝置；圖2端部為彈性膜片密封的彈性調(diào)相裝置；圖3滑動(dòng)塊密封調(diào)相裝置在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路的安裝示意圖；圖4彈性膜片密封調(diào)相裝置在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路的安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一種彈性調(diào)相裝置包括依次連接的滑動(dòng)塊1、彈簧部件2、支撐部件3。彈簧部件2下端與主冷卻器之間通過(guò)剛性支撐部件3接觸連接，當(dāng)然也可以直接與主冷卻器接觸固定。彈簧部件2與滑動(dòng)塊1的連接可以直接焊接，也可以通過(guò)合適的過(guò)渡連接實(shí)現(xiàn)。
如圖2所示，另一種彈性調(diào)相裝置包括依次連接的彈性膜片5、支撐薄片4、彈簧部件2、支撐部件3。彈簧部件2與主冷卻器之間的支撐與前面所述采用滑動(dòng)塊密封時(shí)的相同。在連接彈簧部件2和彈性膜片5時(shí)，由于彈性膜片5本身是柔性部件，要實(shí)現(xiàn)與彈簧部件之間力的傳遞就必須在膜片的中部加一個(gè)剛性支撐片4，讓它承受來(lái)自彈簧的力，并帶動(dòng)彈性膜片對(duì)氣體壓縮和膨脹。一般說(shuō)來(lái)，由于回?zé)崞魈帤怏w的位移較小，彈簧力的傳遞易于實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)彈性調(diào)相裝置制作完成后，就可以放入行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)路內(nèi)。如圖3所示，行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路包括依次連接的主冷卻器6、回?zé)崞?、加熱器8、熱緩沖管9、次冷卻器10和反饋回路11，用滑動(dòng)塊密封的彈性調(diào)相裝置就放置在主冷卻器的上面。對(duì)于采用滑動(dòng)塊密封的彈性調(diào)相裝置，要求滑塊和環(huán)路內(nèi)與之接觸管壁的相對(duì)運(yùn)動(dòng)壁面的光潔度一定要高，之間采用間隙密封，使兩者之間可以自由地相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)氣體又不能穿過(guò)。彈性調(diào)相裝置的下端放在主冷卻器的上方，要求平穩(wěn)放置。
采用彈性膜片密封的彈性調(diào)相裝置的放置方法如圖4所示，行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路包括依次連接的主冷卻器6、回?zé)崞?、加熱器8、熱緩沖管9、次冷卻器10和反饋回路11，彈性膜片密封的彈性調(diào)相裝置放置在主冷卻器的上面。把彈性膜片的周邊夾在兩相鄰管壁或法蘭之間，就可以實(shí)現(xiàn)密封，下端也是通過(guò)與主冷卻器接觸固定，要求平穩(wěn)放置。
通過(guò)更換彈簧部件或改變彈簧部件的長(zhǎng)度，可以對(duì)其調(diào)相能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)對(duì)彈性調(diào)相裝置的調(diào)相能力進(jìn)行了優(yōu)化后，就能保證行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞鞴ぷ髟谛胁ㄏ辔幌拢藭r(shí)的回?zé)崞鳠峁D(zhuǎn)換效率較高。
權(quán)利要求
1.一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置，其特征在于，在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器的上面設(shè)置彈性調(diào)相裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置，其特征在于，所述的彈性調(diào)相裝置具有依次連接的滑動(dòng)塊(1)、彈簧部件(2)和支撐部件(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置，其特征在于，所述的彈性調(diào)相裝置具有依次連接的彈性膜片(5)、支撐薄片(4)、彈簧部件(2)和支撐部件(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置，其特征在于，所述的彈簧部件為彈簧或板彈簧。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置。彈性調(diào)相裝置設(shè)置在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主冷卻器上面。所述的彈性調(diào)相裝置具有依次連接的滑動(dòng)塊、彈簧部件和支撐部件?；蛘呔哂幸来芜B接的彈性膜片、支撐薄片、彈簧部件和支撐部件。彈簧部件為普通彈簧或板簧。本發(fā)明在環(huán)路內(nèi)外加一個(gè)彈性裝置，通過(guò)改變?cè)搹椥圆考膭偠群烷L(zhǎng)度調(diào)節(jié)聲容大小，從而很方便地對(duì)環(huán)路內(nèi)聲場(chǎng)的相位進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，并減小環(huán)路容積。同時(shí)，彈性部件通過(guò)彈性膜片或活塞間隙密封，可以有效阻止環(huán)路內(nèi)的Gedeon直流，減小熱損失。
文檔編號(hào)F03G7/00GK1793644SQ200610049128
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者孫大明, 邱利民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)