[发明专利]一种有源调控的板叠式热声机回热器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种热声机回热器，具体涉及一种有源调控的板叠式热声机回热器装置。

背景技术

热声机回热器被广泛的应用在热声发动机、热声制冷机、热声发电机等热声技术领域。热声机是依据热声效应，利用太阳能、废热等可再生能源作为热源，使用对环境无害的氦气等稀有气体作为工质，能够缓解石化能源使用与环境污染之间的矛盾。热声机回热器是热声系统中实现热声能量转换的核心部件，其热力与机械性能直接影响热声机的性能。近年来，研发人员从填料结构出发设计出了平行板叠、圆孔、丝网等许多类型回热器，并对其性能进行了深入的探究。总体而言，这些研发模型都是围绕回热器在设计阶段应用何种通道形式或者在既定通道形式的运行阶段如何去优化各种参数进行技术创新。并未涉及热声机运行时具有结构参数可调控和优化功能的回热器。

声能属于辐射机械能，热声机的本质是将热能转换为声能，并通过匹配回路热声阻抗使热声转化效率最大。而现有热声机回热器热声学阻抗很大程度上受制造初始固有设计结构的决定，缺乏运行过程中主动控制变化的功能，不利于在运行过程中调整热声转化效率。常用的板叠式回热器理论所描述的热声机主要考虑板叠之间的间隙与板叠表面生成的热扩散边界层厚度和粘性边界层厚度对热声效应的影响，忽略了辐射声场间的作用和反作用对横向间隙边界层内外气体粒子的影响，回热器运行过程中不能主动控制横向间隙边界层内外工质粒子分布。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种内部有源调控的板叠式热声机回热器装置，利用阻抗泵原理和干涉声栅控制方法，通过信号源有源调控回热器内部热声转换。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种有源调控的板叠式热声机回热器装置，该装置包括信号源、导线、外框和热声反应堆；所述热声反应堆为长方体，外框紧贴热声反应堆侧面环绕；所述热声反应堆包括板叠、压电元件和干涉声栅，在板叠表面上布置M阶阵列压电元件，用N片板叠等间隔排列，相邻板叠间的压电元件构成M对压电元件对；所述压电元件并联连接，并联线路附着固定在板叠上；所述导线把信号源和压电元件连接为一闭合回路；所述压电元件在信号源输出特征信号激励作用下发生压电元件振荡，控制叠板通道间隙动态变化并向间隙辐射干涉声栅；其中M≥1，N≥2。

所述干涉声栅的幅度和频率由板叠通道间隙动态变化的幅度和频率控制，所述板叠通道间隙动态变化的幅度和频率由压电元件振荡的幅度和频率控制，所述压电元件振荡的幅度和频率由信号源的幅度和频率控制。

所述信号源是具有调节输出功能的函数信号发生器。

有益效果：本发明采用阻抗泵和干涉声栅控制技术，构造有源调控的板叠式热声机回热器，具有以下有益效果：

1）在热声反应堆的板叠上制作压电阵列作为通道的变形构件，通过外源调控通道空间周期性变化，使热声机回热器具有源调控其内部热声转换的新功能，增强了热声机回热器内热声转换过程的可控性。

2）有源调控增加了对热声机回热器热声转换强度的调控和可优化，降低了热声机工作所要求的的临界温度梯度值，有利于热声机在低温差环境下工作并可加大“废热”的回收范围。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图；

图2是本发明的实施例中热声反应堆板叠静态间隙的结构示意图；

图3是本发明的实施例中热声反应堆N层板叠叠加的结构示意图；

图4是本发明的实施例中压电元件在板叠上布置的M阶阵列结构示意图；

图5是本发明的实施例中压电元件在板叠上布置的3阶阵列结构示意图；

图6是本发明的实施例中压电元件在板叠上布置的4阶阵列结构示意图；

图7是本发明的实施例在热声机中安装的结构示意图；

图中：1信号源，2导线，3外框，4热声反应堆，5板叠，6压电元件，6-1压电元件对，7干涉声栅，8压电元件振荡，9两板叠间的通道间隙，9-1板叠上压电元件对之间的通道间隙，10热流方向，11高温端，12低温端。

具体实施方式