[发明专利]共振型热声制冷演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种共振型热声制冷演示仪，属于教学演示和科研实验设备技术领域。

背景技术

热声制冷技术，是上世纪80年代提出来的制冷原理和方法。美国加州的海军研究生院致力于实用化研究，在90年代研制成功了安装在“发现”号航天飞机上的空间热声制冷机(STAR)和用于冷却海军舰船上雷达电子系统的热声制冷机(SETAC)。热声制冷在冷却红外探测器件、超导电子学器件等低温固体电子器件的微型低温制冷领域具有特殊的优点，同时在普通家用电器制冷领域里也有着巨大的应用潜力，因而受到广泛的关注。

热声制冷涉及声学、热力学、传热学、流体动力学等多个学科，作为前沿内容是培养学生素质能力的绝好实验题材，而实用型热声制冷机无法直观演示热声制冷的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种共振型热声制冷演示仪，其特征在于，音频信号发生器1一端与音频扬声器3连接，另一端与功率放大器2连接；音频扬声器3安装于减震垫10上，其上方设置1/4波长谐振管4，并在音频扬声器3和1/4波长谐振管4之间设置密封圈9；1/4波长谐振管4的上部设置热声堆5，顶部设置铜塞6，使1/4波长谐振管4形成密封的腔体；在热声堆5的上方和下方分别设置一个测温探头8，并分别通过导线穿过铜塞6与数字式温度计7连接，由数字式温度计7显示两个测温探头8探测的温度值。

所述1/4波长谐振管4由材质透明的塑料或有机玻璃制成。

所述热声堆5的结构为：在聚酯薄膜11上铺设聚酯线12，并将其卷成螺旋形多层结构，且相邻二层的间隔为2倍或2倍以上的热渗透深度。

所述热声堆5中的聚酯线12等距间隔铺设，间距为3-7mm。

本发明的有益效果为：结构简单，制作成本低；在室温下，较短的时间里，能观察到明显的温度下降，制冷效果非常明显，形象直观地演示了热声制冷原理，便于教学推广。

附图说明

图1是共振型热声制冷演示仪的结构原理示意图；

图2是热声堆结构示意图。

图中标号：

1-音频信号发生器；2-功率放大器；3-音频扬声器；4-1/4波长谐振管；

5-热声堆；6-铜塞；7-数字式温度计；8-测温探头；9-密封圈；

10-减振垫；11-聚酯薄片；12-聚酯线。

具体实施方式

本发明提供了一种共振型热声制冷演示仪，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1是共振型热声制冷演示仪的结构原理示意图。音频信号发生器1一端与音频扬声器3连接，另一端与功率放大器2连接；音频扬声器3安装于减震垫10上，其上方设置内径22mm、长度25cm、材料为透明有机玻璃的1/4波长谐振管4，并在音频扬声器3和1/4波长谐振管4之间设置密封圈9；1/4波长谐振管4的上部距离管口4cm处设置热声堆5，顶部铜塞6封闭，使1/4波长谐振管4形成密封的腔体；在热声堆5的上方和下方分别设置一个测温探头8，并分别通过导线穿过铜塞6与数字式温度计7连接，由数字式温度计7显示两个测温探头8探测的温度值。

热声堆5是用直径0.36mm的聚酯线12和宽为35mm的聚酯薄片11组成的。在聚酯薄片11上每隔5mm粘贴一根聚酯线12，再卷绕成一个螺旋体，环绕中心轴构成螺旋形的相邻叠层热声堆5。空气分子能够沿着热声堆5的纵向(即1/4波长谐振管4的长度方向)在各叠层之间进行运动。热声堆5各层的层间距为四倍热渗透深度。

使用时，由音频信号发生器1产生音频信号，并由功率放大器2进行放大后输入音频扬声器3，通过音频扬声器3将音频信号调为1/4波长谐振管4的共振频率，再将电压逐渐升高。此时在音频扬声器1发出的声波在1/4波长谐振管4内形成了驻波。在热声堆5下部的聚酯薄片11表面处产生热声效应，把热量从热声堆5的一端泵到另一端。由测温探头8探测温度，并在连接热声堆5两侧热电偶的数字式温度计7上可观测和记录温度变化。