CN109297324B - 用于抑制直流的换热器、行波热声发动机及交变流动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交变流动领域，提供了一种用于抑制直流的换热器、行波热声发动机及交变流动系统。该换热器包括壳体、多个变径管以及分别盖设在壳体两端的前端盖和后端盖，壳体的侧壁上开设有进水口和出水口，多个变径管设置在壳体内，变径管的两端分别插设在前端盖和后端盖上，变径管包括渐缩段，渐缩段的直径自临近后端盖的一端至临近前端盖的一端逐渐减小。本发明不仅可利用热气流在变径管内往复流动时渐缩段产生的压力差来抑制Gedon直流，而且由于工质流经传统的套管式换热器和喷射泵时必不可少的存在流动损失，而本发明中的变径管可将该两种流动损失合二为一，从而该换热器用于交变流动系统时能显著降低交变流动系统整体的流动损失。

Description

用于抑制直流的换热器、行波热声发动机及交变流动系统

技术领域

本发明涉及交变流动技术领域，具体涉及一种用于抑制直流的换热器、行波热声发动机及交变流动系统。

背景技术

研究表明，由于速度的高阶波动，交变流动系统环路上会产生一种非线性声学现象，也就是说，交变流动系统的环路上会出现一个处处相等的单向质量流即Gedon直流。Gedon直流会改变沿程的温度分布，进而造成严重损失，导致交变流动系统不稳定。因此，隔绝这股参杂在交变流动系统中的Gedon直流对于提高交变流动系统的效率与稳定性有着十分重要的意义。下面以交变流动系统的代表行波热声发动机为例，对常用的抑制Gedon直流的方式进行说明。

如图1所示，行波热声发动机包括首尾依次连接的环形反馈管1、隔直流膜2-1、主室温换热器3、回热器4、热端换热器5、热缓冲管6、次室温换热器7，次室温换热器7通过谐振管8与谐振腔9连通。其中，隔直流膜2-1的作用就是用于隔绝由环形反馈管1、主室温换热器3、回热器4、热端换热器5、热缓冲管6、次室温换热器7构成的回路中的Gedon直流。但是，由于隔直流膜2-1的材质通常采用弹性橡胶膜，而弹性橡胶膜应用在持续高频震动的环境时极易破损，因此采用隔直流膜2-1来抑制Gedon直流的可靠性较低。

如图2所示，该行波热声发动机将隔直流膜2-1替换成了喷射泵2-2。工作气体交变流动时，在喷射泵2-2两端产生的流动损失是不相等的，从而使得喷射泵2-2两端会产生一个压力差，喷射泵2-2利用该压力差就可抑制Gedon直流。但是，这种方式必定会带来一部分流动损失，而这部分流动损失的大小往往直接关系到抑制Gedon直流的效果，也就是说，只有当流动损失要足够大才能形成有效的压力差来抑制Gedon直流，但是较大的流动损失又会大幅降低系统的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、流动损失小、可靠性高的用于抑制直流的换热器。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于抑制直流的换热器，该换热器包括壳体、多个变径管以及分别盖设在所述壳体两端的前端盖和后端盖，所述壳体的侧壁上开设有进水口和出水口，多个所述变径管设置在所述壳体内，所述变径管的两端分别插设在所述前端盖和所述后端盖上，所述变径管包括渐缩段，所述渐缩段的直径自临近所述后端盖的一端至临近所述前端盖的一端逐渐减小。

其中，所述变径管还包括与所述渐缩段连接的直管段。

其中，所述渐缩段的大端插设在所述后端盖上、小端与所述直管段的第一端连接，所述直管段的第二端插设在所述前端盖上。

其中，所述直管段的第一端插设在所述后端盖上、第二端与所述渐缩段的大端连接，所述渐缩段的小端插设在所述前端盖上。

其中，所述渐缩段的小端的内壁上开设有倒角。

其中，所述变径管的横截面形状为圆形。

为实现上述目的，本发明还提供了一种行波热声发动机，该发动机包括依次连接的主室温换热器、回热器、热端换热器、热端层流化元件、热缓冲管、室温端层流化元件以及上述所述的用于抑制直流的换热器，所述的用于抑制直流的换热器的后端盖与所述室温端流化元件连接。

为实现上述目的，本发明还提供了一种交变流动系统，该系统包括多台上述所述的行波热声发动机以及与所述行波热声发动机一一对应的直线电机；多台所述行波热声发动机通过谐振管首尾依次连接，每个所述谐振管上均连接有所述直线电机，所述直线电机临近对应的所述行波热声发动机的用于抑制直流的换热器设置。

本发明结构紧凑、可靠性高，通过在壳体内设置变径管，不仅能够利用变径管使流经其内的热气流与壳程内的冷却水进行换热，而且还可利用热气流在变径管内往复流动时，渐缩段产生的压力差来抑制Gedon直流。另外，由于工质流经传统的套管式换热器的换热管和喷射泵时均存在流动损失，而本发明中的变径管兼具换热和隔绝Gedon直流这两个功能，也就是说，本发明中的变径管可将这两种流动损失合二为一，从而该换热器用于交变流动系统时可显著降低交变流动系统整体的流动损失，进而大大提高其效率。

附图说明

图1是现有技术中的一种行波热声发动机的结构示意图；

图2是现有技术中的另一种行波热声发动机的结构示意图；

图3是本发明实施例1中的一种用于抑制直流的换热器的结构示意图；

图4是本发明实施例1中的一种变径管的结构示意图；

图5是本发明实施例1中的另一种用于抑制直流的换热器的结构示意图；

图6是本发明实施例1中的另一种用于抑制直流的换热器的爆炸示意图；

图7是本发明实施例1中的另一种变径管的结构示意图；

图8是本发明实施例1中的具有倒角的变径管的结构示意图；

图9是本发明实施例2中的一种行波热声发动机的结构示意图；

图10是本发明实施例3中的一种交变流动系统的结构示意图。

附图标记：

1、环形反馈管；2-1、隔直流膜；2-2、喷射泵；

3、主室温换热器；4、回热器；5、高温换热器；6、热缓冲管；

7、次室温换热器；8、谐振管；9、谐振腔；10、壳体；

11、变径管；11-1、渐缩段；11-2、直管段；11-3、倒角；

12、前盖板；13、后盖板；14、出水口；15、进水口；

16、热端层流化元件；17、室温端层流化元件；18、直线电机。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

实施例1

如图3和图4所示，本发明提供了一种用于抑制直流的换热器，该换热器包括壳体10、多个变径管11以及分别盖设在壳体10两端的前端盖12和后端盖13，壳体10的侧壁上开设有进水口15和出水口14，多个变径管11设置在壳体10内，变径管11的两端分别插设在前端盖12和后端盖13上，变径管11包括渐缩段11-1，渐缩段11-1的直径自临近后端盖13的一端至临近前端盖12的一端逐渐减小。其中，变径管11的横截面形状为圆形。

使用时，热气流在变径管11内流动，冷却水在壳体10与变径管11之间的壳程内流动。由于，壳程内充满冷却水，每根变径管11的外壁都能与冷却水充分接触，因此每根变径管11的外壁温度基本相同，从而流经各个变径管11的热气流的温度也不会产生较大差异。当热气流在变径管11内往复流动时，由于渐缩段11-1的存在，热气流从渐缩段11-1的大端流出时产生的流动损失与热气流从渐缩段11-1的小端流出时产生的流动损失是不同的，也就是说，热气流在变径管11内往复流动时会产生一个压力差，该压力差的方向恰好与Gedon直流的方向相反，从而就可抑制Gedon直流。

可见，该换热器结构紧凑、可靠性高，通过在壳体10内设置变径管11，不仅能够利用变径管11使流经其内的热气流与壳程内的冷却水进行换热，而且还可利用热气流在变径管11内往复流动时，渐缩段11-1产生的压力差来抑制Gedon直流。另外，由于工质流经传统的套管式换热器的换热管和喷射泵时均存在流动损失，而本发明中的变径管11兼具换热和隔绝Gedon直流这两个功能，也就是说，本发明中的变径管11可将这两种流动损失合二为一，从而该换热器用于交变流动系统时可显著降低交变流动系统整体的流动损失，进而大大提高其效率。

需要说明的是，变径管11上的渐缩段11-1的长度除了可以等于或略大于后端盖13与前端盖12之间的距离以外，还可以小于后端盖13与前端盖12之间的距离，例如，如图5和图6所示，变径管11还包括与渐缩段11-1连接的直管段11-2。其中，直管段11-2既可以位于前端盖12与渐缩段11-1之间，也可以位于后端盖13与渐缩段11-1之间。具体地，如图7(a)所示，渐缩段11-1的大端插设在后端盖13上、小端与直管段11-2的第一端连接，直管段11-2的第二端插设在前端盖12上。如图7(b)所示，直管段11-2的第一端插设在后端盖13上、第二端与渐缩段11-1的大端连接，渐缩段11-1的小端插设在前端盖12上。

优选地，如图8所示，渐缩段11-1的小端的内壁上开设有倒角11-3。这样设置的好处在于，渐缩段11-1的小端内壁上的倒角11-3可减小热气流从渐缩段11-1的小端流出时产生的流动损失，但是对热气流从渐缩段11-1的大端流出时产生的流动损失基本没有影响，因此倒角11-3的存在，不仅壳减小总的流动损失，而且还可以增大热气流在变径管11内往复流动时产生压差，增强抑制Gedon直流的效果。需要说明的是，实际应用时，渐缩段11-1的小端是否开设倒角11-3可根据实际情况进行选择。

实施例2

如图9所示，本发明还提供了一种行波热声发动机，该发动机包括依次连接的主室温换热器3、回热器4、热端换热器5、热端层流化元件16、热缓冲管6、室温端层流化元件17以及上述所述的用于抑制直流的换热器，的用于抑制直流的换热器的后端盖13与室温端流化元件连接，也就是说，变径管11的渐缩段11-1的渐缩方向与Gedon直流的方向相同。

可见，本发明中的行波热声发动机采用用于抑制直流的换热器替代了传统的次温室换热器。这样设置的好处在于：一方面、热气流在热缓冲管6膨胀后速度明显提升，从而当热流体流经该用于抑制直流的换热器的变径管11时产生的压差就更为明显，进而其抑制Gedon直流的效果就更好。另一方面、由于，传统的次温室换热器主要是用于带走行波热声发动机中的少量耗散损失的，换热量相对于其他换热器来说很小，通常其换热量只有主室温换热器3的十分之一，因此将该用于抑制直流的换热器安装在次温室换热器所在的位置时，变径管11可以排布较为疏松，从而不仅能减低成本，而且也便于变径管11的安装。

实施例3

如图10所示，本发明还提供了一种交变流动系统，该系统包括多台上述所述的行波热声发动机以及与行波热声发动机一一对应的直线电机18；多台行波热声发动机通过谐振管8首尾依次连接，每个谐振管8上均连接有直线电机18，直线电机18临近对应的行波热声发动机的用于抑制直流的换热器设置。其中，行波热声发动机的数量可设置为是3个。

由上可知，该系统中Gedon直流的方向与系统声功放大方向相同，均为顺时针方向，而用于抑制直流的换热器中变径管11产生的压差方向恰好与Gedon直流的方向相反。可见，通过在交变流动系统中设置用于抑制直流的换热器，不仅可以抑制Gedon直流，而且还可显著降低该交变流动系统整体的流动损失，进而大大提高其效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种行波热声发动机，其特征在于，包括依次连接的主室温换热器、回热器、热端换热器、热端层流化元件、热缓冲管、室温端层流化元件和用于抑制直流的换热器；所述的用于抑制直流的换热器包括壳体、多个变径管以及分别盖设在所述壳体两端的前端盖和后端盖，所述壳体的侧壁上开设有进水口和出水口，多个所述变径管设置在所述壳体内，所述变径管的两端分别插设在所述前端盖和所述后端盖上，所述变径管包括渐缩段以及与所述渐缩段连接的直管段，所述渐缩段的直径自临近所述后端盖的一端至临近所述前端盖的一端逐渐减小，所述后端盖与所述室温端层流化元件连接。

2.根据权利要求1所述的行波热声发动机，其特征在于，所述渐缩段的大端插设在所述后端盖上、小端与所述直管段的第一端连接，所述直管段的第二端插设在所述前端盖上。

3.根据权利要求1所述的行波热声发动机，其特征在于，所述直管段的第一端插设在所述后端盖上、第二端与所述渐缩段的大端连接，所述渐缩段的小端插设在所述前端盖上。

4.根据权利要求1所述的行波热声发动机，其特征在于，所述渐缩段的小端的内壁上开设有倒角。

5.根据权利要求1所述的行波热声发动机，其特征在于，所述变径管的横截面形状为圆形。

6.一种交变流动系统，其特征在于，包括多台如权利要求1所述的行波热声发动机以及与所述行波热声发动机一一对应的直线电机；多台所述行波热声发动机通过谐振管首尾依次连接，每个所述谐振管上均连接有所述直线电机，所述直线电机临近对应的所述行波热声发动机的用于抑制直流的换热器设置。

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