课题基金 / 基金详情

近临界流体微通道热声不稳定的理论优化与实验探索

批准号:
52106126
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡战超
依托单位:
学科分类:
传热传质学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡战超

项目摘要

结项摘要

胡战超的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
在气液(拟)临界点附近,流体的强可压缩性使得传热总是伴随着压力波动,称为热声耦合。在热声耦合的影响下,微通道内的近临界流体在温度梯度的作用下会激发热声不稳定,最终演化为稳定压力振荡。近年来,基于这一原理实现热功转换成为前沿新兴领域。目前,已有研究利用制冷工质搭建了实际热声装置,取得了很好的实验结果,但相关研究仍有较大潜力。结合申请人研究基础,本项目独辟蹊径:提出变截面微通道设计,通过理论优化,实现复杂交变流动传热与剧烈物性变化的最佳匹配;提出在理论优化的基础上以近临界CO2为工质试制热声装置。为此,本项目将综合利用线性稳定性分析、直接数值模拟和实验,探究变截面微通道的最佳设计参数,总结经验设计准则,探索实际CO2热声装置的性能及变工况运行特性。本项目将实现关键部件和系统层面对近临界CO2热声装置的理论优化和实验,在近临界流体热声耦合的主动应用上迈出重要一步。
英文摘要
Near the liquid-gas (pseudo-) critical point, the strong compressibility of fluid makes heat transfer always coupled with pressure oscillations, reflecting the nature of thermoacoustic coupling. For a supercritical fluid in microchannels subjected to a streamwise temperature gradient, the thermoacoustic coupling leads to thermoacoustic instability especially under near-critical conditions, manifested as self-amplified oscillations. Recently, exploiting thermoacoustic instability in energy conversion has become an emerging field. Researchers successfully built a thermoacoustic prototype using R218 as working fluid and excellent performance was confirmed. The applicant proposes there are still many potentials in this field. Based on the applicant’s previous experiences, this project innovatively proposes to develop variable-section microchannels to achieve the best matching between heat transfer and drastic variations in physical properties. Then, a thermoacoustic prototype using near-critical CO2 as working fluid will be built. Technically, this project involves linear stability analyses, direct numerical simulations, and experiments. The goals are to achieve the best design of the variable-section microchannel, summarize design criteria, and explore the actual performance of the prototype. This project will realize the theoretical optimization and experiment of the near-critical CO2 thermoacoustic device at both key-component and system levels, and will take an important step forward in the active application of the thermoacoustic instability of near-critical fluids.
由于无运动部件、工质安全环保、灵活紧凑等优势,热声发动机是一种潜力巨大的新型能源转换技术。超临界压力CO2由于拟临界线附近具有的特殊物性,是热声发动机的良好工质。本项目通过将回热器、高温换热器和室温换热器集成为印制电路板换热器模块,首次实现了以超临界压力CO2为工质的热声发动机。. 本项目通过开展实验研究,揭示了热声发动机的运行特性及多因素对实际性能的影响。首先,实验研究了不同温差和充注质量下的运行特性。发现压力场呈现类似“跷跷板”的时空演化规律,无量纲压力振幅与温差呈幂律关系,频率与平均压力和温差呈双线性规律。在充注质量一定的情况下,压力振荡的幅值、频率和热声振荡的发展速度均与温差呈正相关关系。热声叠的温度分布呈现明显的非线性,起振温差随着临界压力(7.377MPa)的靠近而减小。其次,研究热声叠通道尺寸对发动机性能的影响,引入平均热渗透深度进行讨论,确认热声叠通道尺寸的水力直径处于3至4倍平均热渗透深度是CO2热声发动机性能的有利区间。最后,研究谐振管长度和温度区间对热声发动机性能的影响。结果表明,增长谐振管,压力振幅增大,频率降低,二者呈相反的趋势。将拟临界温度设置为温度区间的中点,可充分利用拟临界线附近的特殊物性,使压力振荡的幅值最大化,而温度区间对频率的影响较小。本项目实验测试获得的最大压力振幅为0.585MPa,最低起振温差为8.6℃。在热声叠通道优化方面,本项目提出了一种结合计算流体力学、代理模型和深度强化学习的创新方法,优化后的通道形状相较于直通道提升了8.51%。通过能量平衡和传热分析,揭示了最优通道形状在高温换热器和室温换热器之间实现了有效的传热能力匹配,带来压力振幅的提升。. 本项目的研究为热声发动机关键部件的优化提供了新方法,推动了深度强化学习在热科学工程中的应用。同时,本项目推动了超临界CO2在热声发动机中的应用,为低品位热能的利用发展新的解决方案。
热声波驱动的Kelvin-Helmholtz不稳定 与强化传热机理研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    胡战超
  • 依托单位:
跨临界湍流热对流中的热质耦合效应研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    胡战超
  • 依托单位:
国内基金
海外基金