一种声功多级放大的行波热声发动机系统

摘要

一种声功多级放大的行波热声发动机系统，其由N级热声发动机单元通过谐振管首尾相连的环路结构和负载组成；各单元长度相等横截面积不等，按其横截面积由大到小或由小到大形成环路，单元横截面积越大级数越高；谐振管长度相等横截面积不等；第一与第N级单元间的谐振管横截面积最小，其余谐振管横截面积随连接的单元横截面积增大而增大；工作时在各单元回热器温度梯度下热能转换成声功，声功沿温度梯度正方向传递并放大，放大后的声功传递到下一级单元的回热器中放大传递到再下一级单元；经多级放大的声功大部分被负载消耗，其余传至第一级单元继续上述流程；其可实现声功指数倍放大利于驱动大功率负载；回热器均处行波相位，热声转换效率高。

主权项

一种声功多级放大的行波热声发动机系统，其由N级热声发动机单元通过谐振管首尾相连构成的环路结构和负载组成；所述N级热声发动机单元的长度相等，横截面积不等，且按照其横截面面积由大到小或者由小到大形成环路，热声发动机单元横截面积越大，级数越高；所述谐振管长度相等，横截面积不等；连接第一级热声发动机单元与第N级热声发动机单元的谐振管横截面积最小，其余谐振管的横截面积随着连接的热声发动机单元的横截面积的增大而增大；所述N为3～6的正整数；所述N级热声发动机单元中的每一热声发动机单元均由依次串接的直流抑制器、主冷却器、回热器、加热器、高温端层流化元件、热缓冲管、室温端层流化元件和次冷却器组成；每一级热声发动机单元中的高温端层流化元件安装在每一热声发动机单元中的热缓冲管的高温侧，每一级热声发动机单元的室温端层流化元件安装在每一级热声发动机单元中的热缓冲管的室温侧；所述直流抑制器安装在每一级热声发动机单元的主冷却器入口和谐振管连接处，用于抑制环路直流；所述负载旁接于第N级热声发动机单元的次冷却器出口与谐振管连接处；所述N级热声发动机单元中的每一级热声发动机单元中的加热器与热源相连，以吸收热源热量而形成相同温度的高温端；所述每一热声发动机单元的主冷却器和次冷却器通过水冷器冷却以维持在相同的室温；由此，每一级热声发动机单元的回热器上形成相同的温度梯度，在该温度梯度下，每一级热声发动机单元的回热器内部工作气体与其内的固体填料间产生热声效应，将输入到加热器的热量转化成声功，声功沿着温度梯度的正方向传播并放大；声功经环路结构中的N级热声发动机单元的放大与传递的流程如下：声功在第一级热声发动机单元的回热器中放大，放大后的声功通过谐振管传递到下一级热声发动机单元，并在该下一级热声发动机单元的回热器中进一步放大并继续传递到再下一级热声发动机单元，并在该再下一级热声发动机单元的回热器中再进一步放大并继续传递；最后，经过多级放大后的声功大部分传递给负载，其余部分声功通过谐振管返回到第一级热声发动机单元，如此循环，以使多级放大声功的行波热声发动机系统稳定运行；所述的声功多级放大的行波热声发动机系统使用的工质为氦气、氢气、氮气或其组合。