[发明专利]一种单一输出的多级行波热声发动机系统

摘要

一种单一输出的多级行波热声发动机系统，其由N个热声发动机单元、N个环路谐振管和N‑1个旁路谐振管组成，N＝3～10正整数；每一单元由环路谐振管首尾相连形成环路，每一旁路谐振管分别连接负载；系统工作时，发动机回热器形成温度梯度热能转换成声功，声功沿温度梯度正方向传播放大，第一级单元放大后声功一部分由旁路谐振管输给负载，其余由环路谐振管传到下一级单元，并在下一级单元回热器中进一步放大；依次类推，第N级单元放大后声功一部分由第N‑1旁路谐振管输出给负载，其余通过环路谐振管传递到第一级单元放大；如此循环，系统得以稳定运行；本发明无运动部件，结构紧凑，能量密度高，可集中输出功率，适用于驱动大型单一负载。

主权项

一种单一输出的多级行波热声发动机系统：其由N级热声发动机单元、N个环路谐振管和N‑1个旁路谐振管组成，所述N＝3～10的正整数；所述N级热声发动机单元中的每一级热声发动机单元通过环路谐振管首尾相连构成环路结构；所述N个环路谐振管的各环路谐振管长度相等；所述每一级热声发动机单元在所述环路结构中处于行波相位；所述每一级热声发动机单元由依次串接的直流抑制器(3)、主冷却器(4)、回热器(5)、加热器(6)、高温端层流化元件(7)、热缓冲管(8)、室温端层流化元件(9)和次冷却器(10)组成；所述每一级热声发动机单元的高温端层流化元件(7)安装在该级热声发动机单元中热缓冲管(8)高温侧，所述每一级热声发动机单元的室温端层流化元件(9)安装在该级热声发动机单元的热缓冲管(8)室温侧，用于抑制射流；所述N‑1个旁路谐振管中的每一旁路谐振管均与负载(11)相连；所述每一级热声发动机单元中的加热器(6)与热源相连以吸收热源热量形成高温端；所述每一级热声发动机单元的主冷却器(4)和次冷却器(10)通过水冷器冷却以维持在室温范围；每一级热声发动机单元的回热器(5)上高温端和室温端形成温度梯度τ，其中τ＝2～3；在该温度梯度下，单一输出的多级行波热声发动机系统起振；每一级热声发动机单元的回热器(5)内部工作气体与其内的固体填料间产生热声效应，将热量输入到加热器(6)并转化成声功，声功沿着温度梯度的正方向传播并放大；第一级热声发动机单元放大后的声功一部分通过第一旁路谐振管(101)输出给负载(11)，其余部分通过环路谐振管传递到下一级热声发动机单元，并在下一级热声发动机单元的回热器中被进一步放大，放大后的声功一部分通过第二旁路谐振管(102)输出给负载(11)，其余部分继续通过环路谐振管传递到再下一级热声发动机单元；依次类推，第N级热声发动机单元放大后的声功一部分通过第N‑1旁路谐振管输出给负载(11)，其余部分通过环路谐振管传递到第一级热声发动机单元放大；如此循环，使得单一输出的多级行波热声发动机系统稳定运行；所述温度梯度τ为回热器内高温端和室温端温度之比。