[其他]氣體諧振裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87107633
• 申請日: 1987-11-06
• 公開（公告）號: CN87107633A
• 公開（公告）日: 1988-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 艾倫·阿瑟·威爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 艾倫·阿瑟·威爾斯
• 主分類號: F15B21/12
• 分類號: F15B21/12
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 周備麟,李曉舒

在一個振蕩氣體柱內(nèi)，一薄層氣體首先沿某一方向位移，受壓縮，向相反方向后移，并膨脹。在壓縮時，氣體被加熱，在膨脹時，被冷卻。當這種振蕩氣體柱和靜態(tài)的固體介質(zhì)進入接觸時，在氣體和介質(zhì)之間出現(xiàn)了傳熱。如果該介質(zhì)比氣體具有大的實際熱容量，并在氣體振蕩的前進方向上有低的傳熱率，它便貯存了由于氣體絕熱壓縮而獲得的熱量，隨后在氣體膨脹后又將該貯存的熱量還給氣體。雖然對于常處在介質(zhì)附近的幾層氣體這是正確的，然而在介質(zhì)的兩端有著不同的情況。在介質(zhì)的下流端，若假定處在振蕩的前進方向，則和介質(zhì)二端保持熱接觸的那層氣體在振蕩時便沿離開介質(zhì)的方向移動并壓縮。該氣體由于壓縮而加熱。隨后，由于移向另一方向，并膨脹，它回到了近挨介質(zhì)那端的位置上。在這里，由于膨脹時冷卻，它再一次從介質(zhì)那里接收熱量。這便導(dǎo)致一段受熱的氣體從介質(zhì)的下流端順流而下。相反，在介質(zhì)的上流端，不常和介質(zhì)接觸的氣體粒子在振蕩時沿一個方向向前移動，被壓縮和加熱，此時在它們前移的位置上和介質(zhì)保持熱接觸，故將熱量傳給介質(zhì)。當這層氣體向相反方向向后移回到原始位置時，它膨脹和冷卻。由于在其原始位置上，氣體粒子不和介質(zhì)保持熱接觸，便導(dǎo)致一層冷卻的氣體從介質(zhì)的上流端逆流而上。

這種處于振蕩氣體柱中的介質(zhì)通常被稱作蓄熱器，常和斯特林發(fā)動機一起應(yīng)用。通常，這樣一種蓄熱器，須有盡可能大的表面積，和氣體相比有高的實際熱容量，并沿氣體運動方向有低的傳熱率。任何壓實金屬絲的傳統(tǒng)的填料已用作蓄熱器，但也有可能采用壓實的非金屬板層，在減少氣體摩擦損失和熱傳導(dǎo)方面這些是較為有效的。因此，蓄熱器的應(yīng)用便能由振蕩氣體流來建立溫度差。反過來說，也已知道，如果在這種蓄熱器的二端施加一足夠大的溫度差，那么在包圍著這種蓄熱器的氣體中自然會誘發(fā)振蕩。

也已知道，在處于諧振腔的氣體柱中，只要對該腔的一端加熱，如果建立起足夠高的溫差，便能產(chǎn)生振蕩。作為這種氣體的例子，在風(fēng)琴管樂器內(nèi)借助于管樂器底部內(nèi)的氫火焰，可以產(chǎn)生諧振，早在1777年Higgins就已作了敘述，而在1949年，當時在室溫下將一管子放入冷凍貯藏器內(nèi)做試驗，發(fā)表了Taconis諧振現(xiàn)象。

在Wheatley·Hofler，Swift和Migliori所寫的題為“本征不可逆熱聲發(fā)動機”的文章里對這些效應(yīng)進行了論證討論，該文發(fā)表在美國物理雜志，53（2）卷，第147頁，1985年2月。

按照本發(fā)明，一種熱力驅(qū)動氣體諧振裝置包括一諧振管，其截面沿其長度從一端向另一端擴張;一熱源，處于諧振管的一端;和一些裝置，用以在諧振管氣體中激發(fā)振蕩。

該熱源可由單個簡接加熱器組成，其中熱源，諸如電加熱元件、氣體或石油燃燒器，被用來加熱構(gòu)成或處于氣體諧振管一端的板。最好這一被加熱的板裝有散熱片，以改善諧振管一端從被加熱板至氣體的傳熱。在諧振管內(nèi)可設(shè)置一蓄熱器，它接近于加熱板，但不與其接觸，并且和激發(fā)振蕩的裝置分離。該蓄熱器由某種材料組成，這種材料具有大面積、較諧振管中的氣體有大的有效熱容量，沿諧振管的長度有低的導(dǎo)熱率，在使用中該裝置是這樣的，熱源沿蓄熱器建立起溫度梯度，這一溫度梯度激發(fā)諧振管中的氣體振蕩。

然而，最最好的是熱源和激發(fā)諧振管中氣體諧振的裝置均由具有相應(yīng)于氣體諧振管諧振頻率的脈沖熱源構(gòu)成。這樣一種脈沖熱源可以包括一脈沖燃燒器或諧振火焰，經(jīng)一閥供以可燃氣體或蒸汽和空氣的混合物，再加上火焰收集器，還包括一點燃器，它最初點燃諧振管一端中或中或通至諧振管的燃燒室中的混合物。最好，導(dǎo)入混合氣的閥是由調(diào)準的止回閥構(gòu)成，它響應(yīng)脈沖燃燒，在其開、閉狀態(tài)振蕩，以引導(dǎo)一股混合氣進入諧振管的一端或燃燒室，以備隨后點燃。采用激發(fā)諧振管中氣體振蕩的脈沖熱源在寬廣的工況范圍內(nèi)為起動提供方便，并使諧振穩(wěn)定運行。點燃器可由火花塞構(gòu)成，以便脈沖熱源達到最初的點燃，但一經(jīng)點燃，脈沖熱源最好能自持。這可以是混合氣連續(xù)迸爆的結(jié)果，這些混合氣被來自前期燃燒脈沖的衰減火焰所點燃，被壓縮波引起的自發(fā)點燃而點燃，或者被具有產(chǎn)生局部熱點點燃的灼熱塞形成的點燃器所點燃。

該脈沖熱源還可以包括處于諧振管一端的簡接式加熱器。簡接式加熱器可以由被脈沖熱源加熱的熱交換面所組成，以便將燃燒熱大體上均勻地傳播在諧振管一端的橫截面上。如果氣體諧振裝置包括一脈沖燃燒器，那么諧振管的一端最好作成一拋物反射器，它能把脈沖燃燒效應(yīng)更為均勻地傳播到諧振管的一端。在此情況下，將脈沖燃燒安排成大體上發(fā)生在拋物面反射器的焦點上。在氣體諧振裝置包括一脈沖熱源的情況下，它還可以包括一蓄熱器，它和跨在它二端的溫度梯度相配合，以增強由脈沖熱源誘發(fā)的振蕩。