熱聲制冷機概念
2016-05-18 17:05:24
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低溫制冷機的一個主要發展方向是完全無運動部件。基于熱效應的熱聲驅動制冷機是一個重要代表，近年來發展十分迅速。簡單的說，熱聲效應是指熱能和聲功之間的相互轉換現象。從聲學角度上，它是可壓縮的流體的聲振蕩與固體介質之間由于熱相互作用而產生的時均能力效應。可產生熱聲效應的流體介質必須有可壓縮性，較大的熱膨脹系數，小的普朗特數，而且對于要求較大溫差，較小能量流密度的場合，流體比熱要小，對于要求較小溫差，較大能量流密度的場合，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合，在近臨界區的簡單液體，如CO2，簡單的碳氫化合物等，適用于較小溫差，較大能量流密度的場合。
熱聲制冷的概念是美國Los Alamos國家實驗室的Wheatley等人在20世紀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生絕熱壓縮和膨脹。處于熱聲板疊左端的氣團受到壓縮，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，溫度低于當地板疊溫度，氣團從板疊吸熱。這樣聲波的每一個循環中，氣團將熱量從熱聲板疊的右端向左端傳遞，使兩端的溫差增大，產生制冷效果。
根據熱聲板疊所處的聲場類型，可以分為駐波型熱聲機和行波型熱聲機。駐波型熱聲機的運行時基于內部不可逆性的熱力學循環，其氣體和板疊之間的不可逆換熱導致的熵限制了駐波熱聲機的效率，其熱力學效率往往不可能很高，一般在0.2以下。行波熱聲機類似于斯特林熱力學循環，其過程是本征可逆的，因此行波熱聲機的效率在理論上高于具有本征不可逆性的駐波熱聲機。