金滔教授课题组低品位热能驱动热声发动机研究取得重要进展

2017-08-10 13:10:19 zyj @ zhangYJ 415 次浏览 新闻动态

近日,Nature出版集团旗下期刊Scientific Reports在线发表了浙江大学制冷与低温研究所金滔教授课题组题为《Low temperature difference thermoacoustic prime mover with asymmetric multi-stage loop configuration(具有非对称多级环路结构的低温差热声发动机)的研究论文www.nature.com/articles/s41598-017-08124-5

热声发动机是一种无运动部件的新型热力机械。得益于没有运动部件,热声发动机具有可靠性的突出优势一般采用惰性气体作为工作介质,因而也是一种对环境友好的能源转换技术。在该论文中,研究团队针对位热源驱动热声发动机的技术难点重点解决了回热器的拓扑结构分布和声场的相位调节机制等问题,在此基础上设计并建成具有非对称结构的多级环路热声发动机系统。经实验验证,该系统可在低至29°C的加热温度(冷热端温差17°C)下实现热声的转换,这是目前常规尺寸热声系统的最低起振温度纪录。此外,利用环路热声发动机系统来驱动一台直线电机,成功实现电能的输出,验证了低位热源驱动热声系统并进行发电的可行性。热声发动机的低温位运行极大地拓展了其利用低品位热能(如工业余热、废热和汽车尾气热量的空间,进而提高其与传统热机错位竞争的能力。

金滔教授是国内最早开展热声热机研究的学者之一,领导的研究团队长期以来致力于热声效应机理研究,着重探索降低热声发动机起振温度的技术路线进而拓展低品位热源在热声热机中的应用空间。在国际上率先提出并实验验证了热声振荡“滞后回路”现象,为探索降低起振温度的方法指明努力方向。研究团队率先提出采用气液耦合振荡的方法构建新型驻波型热声热机,有效降低热声振荡频率并提高压力振幅。还提出了基于气液相变过程的热声发动机构型,该系统在低于50℃驱动温差条件下成功起振并稳定运行。最近,通过阐明热声热机系统的声阻抗匹配机理,采用阻管和容腔两种方式解决了环路热声系统中的调相难题。相关系列成果发表在Applied Physics Letters(影响因子IF=3.411), Journal of Applied Physics(IF=2.068)等应用物理类和Applied Energy(IF=7.182), Energy Conversion and Management(IF=5.589), Energy(IF=4.520), International Journal of Heat and Mass Transfer(IF=3.458)Applied Thermal Engineering(IF=3.356)能源类期刊上。

  相关工作得到国家自然科学基金重大项目专题、重点项目专题和面上项目,国家重点基础研究计划(973计划)专题,浙江省自然科学基金等项目的资助。


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三级非对称行波环路热声发动机及其驱动发电系统