面向低品位热源的多级环路行波热声发动机研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51576170
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0601.工程热力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Low grade thermal energy is one of the potential resources, of which making full use will be the important solution for energy conservation and emission reduction. The aim of the present project is to use the low-grade thermal energy to drive a loop-structured multi-stage thermoacoustic prime mover, taking advantage of its low onset temperature feature, to realize the thermal-acoustical conversion, from which the acoustic power can be used to drive a load, such as electricity generator or refrigeration system. Based on the discussion of the working mechanism of the loop-structured multi-stage traveling wave thermoacoustic system and on the analysis of the regenerator location and phase matching in the loop, our emphasis will be firstly devoted on the optimization of the topological configuration of the loop. Considering the unbalanced acoustic impedance between sound generation (thermoacoustic core section) and sound transmission (resonance tube section) and the required different diameters in the loop, the influence of the component dimensions on the sound field, thermoacoustic conversion efficiency and the acoustic power distribution and transmission will be analyzed and optimized, in order to achieving lower onset temperature, higher thermoacoustic efficiency, and more efficient acoustic power output. Based on the theoretical optimization and prior experimental work, the updating and reconstruction of the experimental apparatus of multi-stage loop-structured thermoacoustic prime mover will be followed by systematic experimental work and further optimization. This study is expected to provide a novel technical choice for the utilization of low-grade thermal energy, and also to extend the space for the application of thermoacoustic technology through the strategy of diversified competition.
低品位热源是能源领域尚未充分利用的重要潜在资源,对其进行有效利用是节能减排的重要举措之一。本项目的研究思路为通过具有低起振温度特征的多级环路行波热声系统,利用低品位热源驱动热致声转换过程,所产声功可用于驱动有效负载。拟探讨多级环路行波热声系统的工作机理,系统分析热声核在环路中的布置方式以及相位匹配情况,提出多级环路系统的拓扑结构优化原则。鉴于环路系统中声功产出单元(热声核部分)和声功传递单元(谐振管部分)的阻抗不平衡特征而需采用非等径结构实现环路中的声阻匹配,拟就热声部件结构尺寸对系统声场、热声转换效应和能量分布与传输的影响进行分析与优化,旨在降低起振温度、提高低温位驱动下的热声转换效率和提升系统的声功输出性能。在理论优化和先期实验研究的基础上,改进原有或者构建新的实验系统,开展更系统的实验研究工作。本项目可望为低品位热能的利用和热声技术实用进程拓展出差异化竞争的空间。

结项摘要

本项目就多级环路行波热声发动机系统开展理论和实验研究工作,旨在进一步降低热声系统的起振温度,提升在低温热源驱动下的热声转换效率,并提高环路中声功的输出性能。首先,分析了多级环路行波热声系统的声阻抗匹配机理并完成了拓扑结构优化。揭示了热声转换效应声场相位的依赖机制,提出依靠阻容协同来精确调控热声核所处声场的相位关系。系统提出单级到四级环路热声发动机,实现具有合理声阻抗分布的拓扑结构。然后,从数值计算和实验两方面研究了回热器对系统起振特性和输出性能的影响, 阐明了回热器几何尺寸对环路行波热声发动机输出特性的作用机理。采用可变阻容负载法对三级热声发动机系统的输出特性进行了实验研究, 揭示了阻容负载对多级环路行波热声发动机输出特性的影响机制。在此基础上,将三级环路热声发动机与一台直线电机耦合,搭建了一台三级环路热声发电系统,探究了热源温度对系统的输出电功和热电转换效率的影响,初步验证了利用低品位热源驱动环路热声发电系统进行发电的可行性。建立三级环路行波热声发电系统模型,通过机理分析和实验验证相结合的方法,进一步对外接电容和电阻、谐振频率以及容腔位置和长度进行了优化,有效提高了三级环路行波热声发电机的热电转换效率。对比分析了一到四级环路行波热声发电机的系统性能,并探究了环路热声系统中的Gedeon声直流对输出性能的影响机制,成功实现低温位热源驱动热声发电。本项目为低品位热源的有效利用提供了一条新思路,这对于拓展热声技术实用进展的差异化竞争空间具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(11)
专利数量(2)
Impact of Gedeon streaming on the efficiency of a double-inlet pulse tube refrigerator
Gedeon 流对双入口脉冲管制冷机效率的影响
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2016.09.118
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    APPLIED THERMAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Tang Ke;Feng Ye;Jin Tao;Jin Shenghan;Yang Rui
  • 通讯作者:
    Yang Rui
Performance comparison of jet pumps with round and sharp edge of small opening in oscillatory flow
圆边小孔锐边喷射泵振荡流性能比较
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2018.05.023
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Feng Y;Tang K;Jin T;Zhang K;Yang R
  • 通讯作者:
    Yang R
Low temperature difference thermoacoustic prime mover with asymmetric multi-stage loop configuration.
非对称多级回路配置的低温差热声原动机
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-08124-5
  • 发表时间:
    2017-08-09
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Jin T;Yang R;Wang Y;Feng Y;Tang K
  • 通讯作者:
    Tang K
Acoustic field characteristics and performance analysis of a looped travelling-wave thermoacoustic refrigerator
环形行波热声制冷机的声场特性及性能分析
  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2016.06.041
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Jin, T.;Yang, R.;Tang, K.
  • 通讯作者:
    Tang, K.
Performance comparison of looped thermoacoustic electric generators with various thermoacoustic stages
不同热声级的环形热声发电机的性能比较
  • DOI:
    10.1002/er.4998
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    International Journal of Energy Research
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Rui Yang;Yi Wang;Jiaqi Luo;Jingqi Tan;Tao Jin
  • 通讯作者:
    Tao Jin

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其他文献

微石英管与多孔光纤内流动特性实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    汤珂
压电声源驱动的微型热声制冷
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈国邦
多孔光纤通道内的流阻特性模拟与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄迦乐;沈崴;金滔;张阿平;汤珂;严国锋
  • 通讯作者:
    严国锋
氦- 3 热力学状态方程框架
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈国邦;金滔;黄永华
  • 通讯作者:
    黄永华
脉管制冷机光纤结构回热器特性的模拟与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    低温工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈崴;黄迦乐;金滔;汤珂;张阿平;严国锋
  • 通讯作者:
    严国锋

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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