低溫制冷機(jī)的一個(gè)主要發(fā)展方向是完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。基于熱效應(yīng)的熱聲驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)是一個(gè)重要代表，近年來(lái)發(fā)展十分迅速。簡(jiǎn)單的說(shuō)，熱聲效應(yīng)是指熱能和聲功之間的相互轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。從聲學(xué)角度上，它是可壓縮的流體的聲振蕩與固體介質(zhì)之間由于熱相互作用而產(chǎn)生的時(shí)均能力效應(yīng)。可產(chǎn)生熱聲效應(yīng)的流體介質(zhì)必須有可壓縮性，較大的熱膨脹系數(shù)，小的普朗特?cái)?shù)，而且對(duì)于要求較大溫差，較小能量流密度的場(chǎng)合，流體比熱要小，對(duì)于要求較小溫差，較大能量流密度的場(chǎng)合，流體比熱要打。因此，理想氣體如空氣，氦氣，特別是氦氣，適用于較大溫差，較小能量流密度的場(chǎng)合，在近臨界區(qū)的簡(jiǎn)單液體，如CO2，簡(jiǎn)單的碳?xì)浠衔锏龋m用于較小溫差，較大能量流密度的場(chǎng)合。
熱聲制冷的概念是美國(guó)Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Wheatley等人在20世紀(jì)80年代提出的。在諧振管的熱端輸入聲功，諧振管中工作氣體受到升壓作用產(chǎn)生絕熱壓縮和膨脹。處于熱聲板疊左端的氣團(tuán)受到壓縮，溫度升高，于是向板疊放熱。在熱聲板疊的右端，氣體絕熱膨脹，溫度低于當(dāng)?shù)匕瀵B溫度，氣團(tuán)從板疊吸熱。這樣聲波的每一個(gè)循環(huán)中，氣團(tuán)將熱量從熱聲板疊的右端向左端傳遞，使兩端的溫差增大，產(chǎn)生制冷效果。
根據(jù)熱聲板疊所處的聲場(chǎng)類型，可以分為駐波型熱聲機(jī)和行波型熱聲機(jī)。駐波型熱聲機(jī)的運(yùn)行時(shí)基于內(nèi)部不可逆性的熱力學(xué)循環(huán)，其氣體和板疊之間的不可逆換熱導(dǎo)致的熵限制了駐波熱聲機(jī)的效率，其熱力學(xué)效率往往不可能很高，一般在0.2以下。行波熱聲機(jī)類似于斯特林熱力學(xué)循環(huán)，其過(guò)程是本征可逆的，因此行波熱聲機(jī)的效率在理論上高于具有本征不可逆性的駐波熱聲機(jī)。 |
