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科研进展

理化所热声技术研究取得多项重大进展和突破

稿件来源: 发布时间:2005-08-11


 

  热声热机(包括发动机和制冷机)是一种利用热声效应的新型能源转换和利用技术,它具有环保、高效和高可靠性等潜在优点,是目前国际上能源领域和制冷领域里最为活跃的研究前沿和热点之一。在中科院二期知识创新工程重要方向性项目的支持下,中科院理化所罗二仓研究员所带领的热声技术研究课题组在此领域开展了卓有成效的研究工作,并在近期取得了多项重大进展和突破。


  热声热机(包括发动机和制冷机)是一种利用热声效应的新型能源转换和利用技术,它具有环保、高效和高可靠性等潜在优点,是目前国际上能源领域和制冷领域里最为活跃的研究前沿和热点之一。在中科院二期知识创新工程重要方向性项目的支持下,中科院理化所罗二仓研究员所带领的热声技术研究课题组在此领域开展了卓有成效的研究工作,并在近期取得了多项重大进展和突破: 一、在热声发动机研究方面取得了重大原始性创新发明。他们在国际上首次提出并实验实现了称之为“热声激光器”的高声强热致声发生器,在采用氦气作工质时其压比(最高压力与最低压力之比)达到了1.3的水平,其声压级在200分贝左右,这一结果比目前国际上(美国Los Alamos国家实验室)最高压比1.2产生的声压高出50%左右,是该研究领域内突破性的进展。与以往的热声发动机相比,“热声激光器”的重要突破之处在于提出采用“聚能热声谐振腔”抑制非线性声波的产生和耗散,从而大幅度提高了热声系统的共振品质因子,使新型热声发动机---“热声激光器”可以产生超高声强和压比。从理论上讲,“热声激光器”可以达到的声强没有极限,因此,通过深入研究,其压比可望进一步提高。 “热声激光器”的发明将会开辟一条通过热产生超高声强的新途径,其意义有可能类似于光学领域内“激光器”的发明一样重要。 目前,初步结果已在国内著名刊物《Chinese Science Bulletin》快讯栏目刊登。 二、在低温热声制冷研究方面取得了突破性进展。他们采用了在国际上首次提出的“高声强聚能型热声发动机-热声激光器”作为声驱动源,并采用无气库的新型惯性调相低温热声制冷流程,首次在国际突破了液氮温度77K的限制,并最终达到了68K的最低温度。这一温度是国际上目前由完全无运动部件的热声驱动热声制冷所获得的最低温度。 完全无运动部件热声驱动的低温热声制冷技术由于具有极高的可靠性,将会在国防、航天等需要高可靠性的低温制冷的场合具有重要的应用前景;同时,在天然气液化、空分行业以及今后的氢能源工程等民用领域也将具有巨大的应用前景。 以上部分研究工作已被国际物理类著名刊物《Applied Physics Letter》接受发表(拟在2005年6月6日刊登),该刊物在接受函中对此项研究成果给予高度评价。 三、在室温热声制冷研究方面连续取得进展并在近期实现了突破性进展。在2003年年底,他们在国际上研制了首台室温行波热声制冷机,与当时组内研制的驻波热声发动机进行了初步的联试,在工作频率为85Hz时获得了-28°C的最低温度,在-20°C有25W左右的制冷量。2004年5月,通过控制驻波发动机的工作频率为57Hz,使其接近了室温行波热声制冷机的设计频率50Hz,在此情况下,该热驱动室温行波热声制冷获得-47°C的最低温度,在-20°C获得近80W左右的制冷量,这一结果的获得基本证实了行波热声制冷机的优越性。2004年10月,研究小组在热声发动机研究方面取得突破,提出了“聚能型热声发动机”,其压比、输出声功的能力以及热声转换效率较原有驻波热声发动机得到惊人的提高,为再次提高室温行波热声制冷机的工作性能奠定了基础。2004年年底,采用“高声强聚能型行波热声发动机”作为声驱动源,室温行波热声制冷机在57Hz的工作频率下获得-65°C的最低温度,在-20°C达到了270W左右的制冷量,这是国际上首次实现双行波热声斯特林循环的研究工作,所取得制冷量、热效率均创目前国际上热驱动室温热声制冷的最好结果。部分研究工作已在国内高水平刊物《Chinese Science Bulletin》快讯栏目刊登,最新突破进展正向国际物理类著名杂志投稿。 室温热声制冷研究的突破性进展为氟里昂制冷替代带来了真正的希望,其意义无疑是十分巨大的。可以预计,高效率室温热声制冷的出现必将在冰箱、空调等行业掀起一场革命性的变化。

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