專利名稱：行波熱聲發(fā)動機環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種行波熱聲發(fā)動機環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置。適用于各種機械壓縮機和熱聲發(fā)動機中的相位調(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，即聲場中的時均熱力學(xué)效應(yīng)。熱聲熱機本質(zhì)上是一種通過熱聲效應(yīng)實現(xiàn)熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)化或傳輸?shù)难b置。熱聲熱機不需要外部的機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，不需要機械傳動部件，大大簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。按能量轉(zhuǎn)換方向的不同，熱聲效應(yīng)可分為兩類一是用熱來產(chǎn)生聲，即熱驅(qū)動的聲振蕩；二是用聲來產(chǎn)生熱，即聲驅(qū)動的熱量傳輸。只要具備一定的條件，熱聲效應(yīng)在行波聲場、駐波聲場以及兩者結(jié)合的聲場中都能發(fā)生。
根據(jù)聲場特性不同，熱聲發(fā)動機主要分為駐波型、行波型及駐波行波混合型三種型式。行波聲場中速度波和壓力波動相位相同，而在駐波聲場中二者相差90°。由于駐波場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，氣體在板疊通道中高速向熱端極限移動，掠過正向半個周期運動中的絕大部分位移(即掠過大部分的溫度梯度)，因此，這一過程應(yīng)該是加熱最強烈的時間段。但此時也正是壓力變化最大的時候，氣體在這一時段被迅速壓縮，壓縮過程和加熱過程同時發(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)氣體運動變緩吸收熱量時氣體與固體介質(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，如果沒有熱滯后，駐波聲場理論上不能產(chǎn)生聲功，它是以降低熱力學(xué)效率為代價來產(chǎn)生聲功的；同理，當(dāng)氣體經(jīng)歷膨脹過程時，卻同時經(jīng)歷氣體高速向低溫端運動的冷卻過程，這樣的過程既不利于膨脹也不利于放熱。從上面的過程分析可以看到為了在駐波場中實現(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)生在壓縮過程之后，一部分冷卻發(fā)生在膨脹過程之后，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程使整個裝置的效率大大降低。
行波熱聲發(fā)動機中回?zé)崞魈盍系目障冻叽邕h(yuǎn)小于氣體熱滲透深度，實現(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程。同時，行波聲場中速度和壓力同相位。在行波熱聲發(fā)動機回?zé)崞魈?，?dāng)氣體被迅速壓縮時，氣體運動速度很小，跨過回?zé)崞魃陷^小的溫度增量，因此可以被高效地壓縮，而在加熱過程中，氣體具有最大的正向速度，跨過最大的溫度增長區(qū)間，而此時壓力卻變化很小，因此可以實現(xiàn)高效的吸熱膨脹過程，從熱力學(xué)角度來看這無疑是對熱能到聲功的轉(zhuǎn)換非常有利；同理，當(dāng)氣體進(jìn)入壓力降低階段后，氣體運動速度較小，掠過熱聲回?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速度變大，溫度變化迅速，氣體對回?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中的熱聲轉(zhuǎn)換過程自然進(jìn)行，沒有不可逆過程的參與，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)動機理論上進(jìn)行的是可逆熱聲轉(zhuǎn)換過程，可以獲得比駐波熱聲發(fā)動機更高的熱力學(xué)效率。
從上面的分析可以看到，行波聲場的一個本質(zhì)特征就是速度波動與壓力波動相位相同，此時如果發(fā)生熱功轉(zhuǎn)換效率最高。目前，在實際熱聲發(fā)動機中，這個相位是通過精確設(shè)計行波熱聲發(fā)動機環(huán)路內(nèi)聲學(xué)部件的結(jié)構(gòu)尺寸獲得的。通過聲感和聲容得聲學(xué)傳輸作用，在行波熱聲發(fā)動機環(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，那么就會在行波熱聲發(fā)動機回?zé)崞魈幃a(chǎn)生行波相位，即此處壓力波動和速度波動相位相同。但是，這種相位調(diào)節(jié)方法要求聲容和聲感必須滿足良好匹配，一旦不滿足該條件，那么就必須更換部件，工作量和成本都較大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種行波熱聲發(fā)動機環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置。
它是在行波熱聲發(fā)動機主冷卻器上面設(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實用新型在環(huán)路內(nèi)加一個彈性裝置，通過改變該彈性部件的剛度來調(diào)節(jié)聲容的大小，從而可以很方便地對環(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，彈性部件的端部通過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滑動塊密封調(diào)相裝置在行波熱聲發(fā)動機環(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)動機環(huán)路的安裝示意圖。
具體實施方式
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與滑動塊1的連接可以直接焊接，也可以通過合適的過渡連接實現(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塊密封時的相同。在連接彈簧部件2和彈性膜片5時，由于彈性膜片5本身是柔性部件，要實現(xiàn)與彈簧部件之間力的傳遞就必須在膜片的中部加一個剛性支撐片4，讓它承受來自彈簧的力，并帶動彈性膜片對氣體壓縮和膨脹。一般說來，由于回?zé)崞魈帤怏w的位移較小，彈簧力的傳遞易于實現(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)動機的環(huán)路內(nèi)。如圖3所示，行波熱聲發(fā)動機環(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，用滑動塊密封的彈性調(diào)相裝置就放置在主冷卻器的上面。對于采用滑動塊密封的彈性調(diào)相裝置，要求滑塊和環(huán)路內(nèi)與之接觸管壁的相對運動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滑動，同時氣體又不能穿過。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)動機環(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，就可以實現(xiàn)密封，下端也是通過與主冷卻器接觸固定，要求平穩(wěn)放置。
通過更換彈簧部件或改變彈簧部件的長度，可以對其調(diào)相能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)對彈性調(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)動機的回?zé)崞鞴ぷ髟谛胁ㄏ辔幌?，此時的回?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)動機環(huán)路內(nèi)的彈性調(diào)相裝置，其特征在于，在行波熱聲發(fā)動機主冷卻器的上面設(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)動機環(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)動機環(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)動機環(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。
專利摘要本實用新型公開了一種行波熱聲發(fā)動機環(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)動機的主冷卻器上面。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。本實用新型在環(huán)路內(nèi)外加一個彈性裝置，通過改變該彈性部件的剛度和長度調(diào)節(jié)聲容大小，從而很方便地對環(huán)路內(nèi)聲場的相位進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，并減小環(huán)路容積。同時，彈性部件通過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F03G7/00GK2871907SQ200620100418
公開日2007年2月21日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)