基本信息
- 項目名稱：
- 基于熱聲效應的多缸發(fā)動機——作為一輛小車動力的應用實例
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 熱聲發(fā)動機是利用熱聲效應，可實現(xiàn)熱能到聲功的轉(zhuǎn)換，以壓力波動的形式產(chǎn)出機械功。本項目的熱聲發(fā)動機，突破了目前國內(nèi)外只能將其應用在制冷，發(fā)電領域的瓶頸，成功輸出機械功驅(qū)動小車運動。多缸熱聲發(fā)動機具有多缸機普遍優(yōu)點，既提高了發(fā)動機的輸出功率，也保證了輸出扭矩的均勻性，使發(fā)動機運轉(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。獨創(chuàng)的飛輪、曲軸一體設計減小了體積，提高穩(wěn)定性。
- 詳細介紹：
- 熱聲發(fā)動機是利用熱聲效應，可實現(xiàn)熱能到聲功的轉(zhuǎn)換，以壓力波動的形式產(chǎn)出機械功。目前國內(nèi)外主要是將其應用在制冷，發(fā)電等領域。項目突出了將熱聲發(fā)動機應用于交通動力的方面，顯示了熱聲發(fā)動機作為新一代運輸機械動力的可能性和前景。為解決熱聲發(fā)動機一般體積龐大，單位體積輸出功率小的問題，本項目在國內(nèi)外首次提出了多缸熱聲發(fā)動機的設計概念，設計制作的一臺8缸熱聲發(fā)動機能在外燃式加熱條件下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，達到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。獨創(chuàng)的飛輪、曲軸一體設計減小了發(fā)動機體積，提高了發(fā)動機穩(wěn)定性。在一個應用實例中，將用其驅(qū)動一輛小車平穩(wěn)運行。我們的研究實踐表明，多缸熱聲發(fā)動機具有多缸機普遍優(yōu)點，既提高了發(fā)動機的輸出功率，也保證了輸出扭矩的均勻性，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有實際運輸動力應用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 熱聲發(fā)動機是為應對內(nèi)燃機與制冷機帶來的廢氣排放，噪聲污染等問題而提出的新一代動力裝置。現(xiàn)有的熱聲熱機主要應用于制冷發(fā)電領域。我們在此背景下開展了利用熱聲效應直接推動活塞運動的熱聲發(fā)動機研究，并探索獲得可觀輸出功率的設計方案。在發(fā)動機發(fā)展領域是一種新型原理的設計概念。此發(fā)動機可利用低品質(zhì)能源，運行安全可靠，無污染，低噪音，是一種環(huán)境友好型發(fā)動機。我們通過大量實驗得到板疊調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速的設計方案，通過各缸的板疊調(diào)整實現(xiàn)各發(fā)動機單元協(xié)調(diào)穩(wěn)定運行；飛輪與組合式曲軸一體的設計保證了在現(xiàn)有的加工精度下發(fā)動機的同步運轉(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,
科學性、先進性
- 熱聲轉(zhuǎn)化的新型利用；新型能量轉(zhuǎn)化的發(fā)動機；低噪音，無污染環(huán)境友好型發(fā)動機；將熱聲技術應用于機械動力，首度提出的多缸設計既提高了輸出功率，也保證了輸出扭矩的均勻性，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- A實驗室階段
技術轉(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,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該發(fā)動機利用熱聲效應實現(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動，輸出動力機械功。熱聲技術實現(xiàn)了發(fā)動機只需穩(wěn)定合適的溫度梯度就可做功，可利用低品質(zhì)熱能加熱，能源適應性好。熱聲發(fā)動機機械部件少，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，使用壽命長。在航空航天領域，由于空間條件的特殊性，動力設備需滿足低振動，長壽命，結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)定，無污染等條件?？臻g中溫差大量存在，若合理利用此類低品質(zhì)能源實現(xiàn)動力轉(zhuǎn)化，將極大促進航空航天技術發(fā)展。熱聲發(fā)動機環(huán)保，穩(wěn)定，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕等優(yōu)點使其在地面運輸動力領域也有其特有的優(yōu)勢。熱聲效應產(chǎn)生聲波頻率可控制在人耳分辨以外，若有先進的工藝保證，在降低機械運動部件噪音后，幾乎無噪音運行。無廢氣排放更是在環(huán)境污染日益嚴峻的今天有很大應用前景。
同類課題研究水平概述
- 在學術性課題研究中，熱聲發(fā)動機的研究主要應用于制冷，發(fā)電領域，尚未找到應用于動力裝置的研究。前人研究中的熱聲發(fā)動機體積龐大，長達數(shù)米，比體積功率小。網(wǎng)絡上有熱聲發(fā)動機的演示視頻，轉(zhuǎn)速約200r/min,無應用價值。未找到相關研究資料。 2010年中科院相關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)，輸出電功率設計峰值1kW。經(jīng)過初步組裝調(diào)試，整機系統(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國家實驗室研制，采用電加熱器作為模擬熱源。浙江大學制冷與低溫研究所從1996年開始了熱聲發(fā)動機的實驗研究。浙江大學陳國邦等于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。之后，浙江大學邱利民等人采用熱聲斯特林型發(fā)動機驅(qū)動一臺u型脈管制冷機。中科院的羅二倉等把慣性管和熱緩沖管放置在回熱器的中間，制成同軸型行波熱聲發(fā)動機，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)動機驅(qū)動一臺微型同軸脈管制冷機。
