基本信息
- 项目名称：
- 基于热声效应的多缸发动机——作为一辆小车动力的应用实例
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 热声发动机是利用热声效应，可实现热能到声功的转换，以压力波动的形式产出机械功。本项目的热声发动机，突破了目前国内外只能将其应用在制冷，发电领域的瓶颈，成功输出机械功驱动小车运动。多缸热声发动机具有多缸机普遍优点，既提高了发动机的输出功率，也保证了输出扭矩的均匀性，使发动机运转平稳。我们利用板叠材料调整系统频率，使八个活塞具有相近工作频率。独创的飞轮、曲轴一体设计减小了体积，提高稳定性。
- 详细介绍：
- 热声发动机是利用热声效应，可实现热能到声功的转换，以压力波动的形式产出机械功。目前国内外主要是将其应用在制冷，发电等领域。项目突出了将热声发动机应用于交通动力的方面，显示了热声发动机作为新一代运输机械动力的可能性和前景。为解决热声发动机一般体积庞大，单位体积输出功率小的问题，本项目在国内外首次提出了多缸热声发动机的设计概念，设计制作的一台8缸热声发动机能在外燃式加热条件下稳定运转，达到1300r/min的转速。我们利用板叠材料调整系统频率，使八个活塞具有相近工作频率。独创的飞轮、曲轴一体设计减小了发动机体积，提高了发动机稳定性。在一个应用实例中，将用其驱动一辆小车平稳运行。我们的研究实践表明，多缸热声发动机具有多缸机普遍优点，既提高了发动机的输出功率，也保证了输出扭矩的均匀性，使发动机运转平稳，有实际运输动力应用价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 热声发动机是为应对内燃机与制冷机带来的废气排放，噪声污染等问题而提出的新一代动力装置。现有的热声热机主要应用于制冷发电领域。我们在此背景下开展了利用热声效应直接推动活塞运动的热声发动机研究，并探索获得可观输出功率的设计方案。在发动机发展领域是一种新型原理的设计概念。此发动机可利用低品质能源，运行安全可靠，无污染，低噪音，是一种环境友好型发动机。我们通过大量实验得到板叠调整发动机转速的设计方案，通过各缸的板叠调整实现各发动机单元协调稳定运行；飞轮与组合式曲轴一体的设计保证了在现有的加工精度下发动机的同步运转。缸径10mm,行程15mm，平均转速1300r/min,外燃式加热（使用酒精加热作为模拟热源），燃料：95%酒精，汽缸热端温度560℃，冷端温度50℃，板叠长度32mm,外形尺寸：260*250*83，净重1232g,
科学性、先进性
- 热声转化的新型利用；新型能量转化的发动机；低噪音，无污染环境友好型发动机；将热声技术应用于机械动力，首度提出的多缸设计既提高了输出功率，也保证了输出扭矩的均匀性，使发动机运转平稳。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- A实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型，现场演示，录像，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该发动机利用热声效应实现能量从热能到声能转化，气缸内振荡气体推动活塞运动，输出动力机械功。热声技术实现了发动机只需稳定合适的温度梯度就可做功，可利用低品质热能加热，能源适应性好。热声发动机机械部件少，结构简单，可靠性好，使用寿命长。在航空航天领域，由于空间条件的特殊性，动力设备需满足低振动，长寿命，结构紧凑，工作稳定，无污染等条件。空间中温差大量存在，若合理利用此类低品质能源实现动力转化，将极大促进航空航天技术发展。热声发动机环保，稳定，寿命长，结构简单，重量轻等优点使其在地面运输动力领域也有其特有的优势。热声效应产生声波频率可控制在人耳分辨以外，若有先进的工艺保证，在降低机械运动部件噪音后，几乎无噪音运行。无废气排放更是在环境污染日益严峻的今天有很大应用前景。
同类课题研究水平概述
- 在学术性课题研究中，热声发动机的研究主要应用于制冷，发电领域，尚未找到应用于动力装置的研究。前人研究中的热声发动机体积庞大，长达数米，比体积功率小。网络上有热声发动机的演示视频，转速约200r/min,无应用价值。未找到相关研究资料。 2010年中科院相关课题组研制出国际上第一个采用太阳能直接驱动的热声发电系统，输出电功率设计峰值1kW。经过初步组装调试，整机系统现已成功工作，并有数百瓦的电力输出。目前，国外热声发电的最高功率为58W，为美国Los Alamos国家实验室研制，采用电加热器作为模拟热源。浙江大学制冷与低温研究所从1996年开始了热声发动机的实验研究。浙江大学陈国邦等于1996年在国内首次研制成一台采用丝网板叠的半波长驻波热声发动机。之后，浙江大学邱利民等人采用热声斯特林型发动机驱动一台u型脉管制冷机。中科院的罗二仓等把惯性管和热缓冲管放置在回热器的中间，制成同轴型行波热声发动机，有效减小了系统的尺寸，有利于小型化。2001年，他们报道了采用自行研制的行波型热声发动机驱动一台微型同轴脉管制冷机。
