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基本信息

項(xiàng)目名稱：
基于熱聲效應(yīng)的多缸發(fā)動機(jī)——作為一輛小車動力的應(yīng)用實(shí)例
小類：
能源化工
簡介：
熱聲發(fā)動機(jī)是利用熱聲效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)熱能到聲功的轉(zhuǎn)換，以壓力波動的形式產(chǎn)出機(jī)械功。本項(xiàng)目的熱聲發(fā)動機(jī)，突破了目前國內(nèi)外只能將其應(yīng)用在制冷，發(fā)電領(lǐng)域的瓶頸，成功輸出機(jī)械功驅(qū)動小車運(yùn)動。多缸熱聲發(fā)動機(jī)具有多缸機(jī)普遍優(yōu)點(diǎn)，既提高了發(fā)動機(jī)的輸出功率，也保證了輸出扭矩的均勻性，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。我們利用板疊材料調(diào)整系統(tǒng)頻率，使八個活塞具有相近工作頻率。獨(dú)創(chuàng)的飛輪、曲軸一體設(shè)計減小了體積，提高穩(wěn)定性。
詳細(xì)介紹：
熱聲發(fā)動機(jī)是利用熱聲效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)熱能到聲功的轉(zhuǎn)換，以壓力波動的形式產(chǎn)出機(jī)械功。目前國內(nèi)外主要是將其應(yīng)用在制冷，發(fā)電等領(lǐng)域。項(xiàng)目突出了將熱聲發(fā)動機(jī)應(yīng)用于交通動力的方面，顯示了熱聲發(fā)動機(jī)作為新一代運(yùn)輸機(jī)械動力的可能性和前景。為解決熱聲發(fā)動機(jī)一般體積龐大，單位體積輸出功率小的問題，本項(xiàng)目在國內(nèi)外首次提出了多缸熱聲發(fā)動機(jī)的設(shè)計概念，設(shè)計制作的一臺8缸熱聲發(fā)動機(jī)能在外燃式加熱條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到1300r/min的轉(zhuǎn)速。我們利用板疊材料調(diào)整系統(tǒng)頻率，使八個活塞具有相近工作頻率。獨(dú)創(chuàng)的飛輪、曲軸一體設(shè)計減小了發(fā)動機(jī)體積，提高了發(fā)動機(jī)穩(wěn)定性。在一個應(yīng)用實(shí)例中，將用其驅(qū)動一輛小車平穩(wěn)運(yùn)行。我們的研究實(shí)踐表明，多缸熱聲發(fā)動機(jī)具有多缸機(jī)普遍優(yōu)點(diǎn)，既提高了發(fā)動機(jī)的輸出功率，也保證了輸出扭矩的均勻性，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有實(shí)際運(yùn)輸動力應(yīng)用價值。

作品圖片

  • 基于熱聲效應(yīng)的多缸發(fā)動機(jī)——作為一輛小車動力的應(yīng)用實(shí)例
  • 基于熱聲效應(yīng)的多缸發(fā)動機(jī)——作為一輛小車動力的應(yīng)用實(shí)例

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

熱聲發(fā)動機(jī)是為應(yīng)對內(nèi)燃機(jī)與制冷機(jī)帶來的廢氣排放，噪聲污染等問題而提出的新一代動力裝置?，F(xiàn)有的熱聲熱機(jī)主要應(yīng)用于制冷發(fā)電領(lǐng)域。我們在此背景下開展了利用熱聲效應(yīng)直接推動活塞運(yùn)動的熱聲發(fā)動機(jī)研究，并探索獲得可觀輸出功率的設(shè)計方案。在發(fā)動機(jī)發(fā)展領(lǐng)域是一種新型原理的設(shè)計概念。此發(fā)動機(jī)可利用低品質(zhì)能源，運(yùn)行安全可靠，無污染，低噪音，是一種環(huán)境友好型發(fā)動機(jī)。我們通過大量實(shí)驗(yàn)得到板疊調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)計方案，通過各缸的板疊調(diào)整實(shí)現(xiàn)各發(fā)動機(jī)單元協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行；飛輪與組合式曲軸一體的設(shè)計保證了在現(xiàn)有的加工精度下發(fā)動機(jī)的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。缸徑10mm,行程15mm，平均轉(zhuǎn)速1300r/min,外燃式加熱（使用酒精加熱作為模擬熱源），燃料：95%酒精，汽缸熱端溫度560℃，冷端溫度50℃，板疊長度32mm,外形尺寸：260*250*83，凈重1232g,

科學(xué)性、先進(jìn)性

熱聲轉(zhuǎn)化的新型利用；新型能量轉(zhuǎn)化的發(fā)動機(jī)；低噪音，無污染環(huán)境友好型發(fā)動機(jī)；將熱聲技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械動力，首度提出的多缸設(shè)計既提高了輸出功率，也保證了輸出扭矩的均勻性，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

A實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

模型，現(xiàn)場演示，錄像，圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

該發(fā)動機(jī)利用熱聲效應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量從熱能到聲能轉(zhuǎn)化，氣缸內(nèi)振蕩氣體推動活塞運(yùn)動，輸出動力機(jī)械功。熱聲技術(shù)實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)只需穩(wěn)定合適的溫度梯度就可做功，可利用低品質(zhì)熱能加熱，能源適應(yīng)性好。熱聲發(fā)動機(jī)機(jī)械部件少，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，使用壽命長。在航空航天領(lǐng)域，由于空間條件的特殊性，動力設(shè)備需滿足低振動，長壽命，結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)定，無污染等條件。空間中溫差大量存在，若合理利用此類低品質(zhì)能源實(shí)現(xiàn)動力轉(zhuǎn)化，將極大促進(jìn)航空航天技術(shù)發(fā)展。熱聲發(fā)動機(jī)環(huán)保，穩(wěn)定，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕等優(yōu)點(diǎn)使其在地面運(yùn)輸動力領(lǐng)域也有其特有的優(yōu)勢。熱聲效應(yīng)產(chǎn)生聲波頻率可控制在人耳分辨以外，若有先進(jìn)的工藝保證，在降低機(jī)械運(yùn)動部件噪音后，幾乎無噪音運(yùn)行。無廢氣排放更是在環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的今天有很大應(yīng)用前景。

同類課題研究水平概述

在學(xué)術(shù)性課題研究中，熱聲發(fā)動機(jī)的研究主要應(yīng)用于制冷，發(fā)電領(lǐng)域，尚未找到應(yīng)用于動力裝置的研究。前人研究中的熱聲發(fā)動機(jī)體積龐大，長達(dá)數(shù)米，比體積功率小。網(wǎng)絡(luò)上有熱聲發(fā)動機(jī)的演示視頻，轉(zhuǎn)速約200r/min,無應(yīng)用價值。未找到相關(guān)研究資料。 2010年中科院相關(guān)課題組研制出國際上第一個采用太陽能直接驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，輸出電功率設(shè)計峰值1kW。經(jīng)過初步組裝調(diào)試，整機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)已成功工作，并有數(shù)百瓦的電力輸出。目前，國外熱聲發(fā)電的最高功率為58W，為美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室研制，采用電加熱器作為模擬熱源。浙江大學(xué)制冷與低溫研究所從1996年開始了熱聲發(fā)動機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究。浙江大學(xué)陳國邦等于1996年在國內(nèi)首次研制成一臺采用絲網(wǎng)板疊的半波長駐波熱聲發(fā)動機(jī)。之后，浙江大學(xué)邱利民等人采用熱聲斯特林型發(fā)動機(jī)驅(qū)動一臺u型脈管制冷機(jī)。中科院的羅二倉等把慣性管和熱緩沖管放置在回?zé)崞鞯闹虚g，制成同軸型行波熱聲發(fā)動機(jī)，有效減小了系統(tǒng)的尺寸，有利于小型化。2001年，他們報道了采用自行研制的行波型熱聲發(fā)動機(jī)驅(qū)動一臺微型同軸脈管制冷機(jī)。
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