液化天然气温区热驱动热声制冷机的机理研究

To solve the problem of underutilization of the unconventional natural gas and increase the proportion of clean energy--natural gas in primary energy, this project will introduce a heat-driven thermoacoustic cryocooler to liquefy the natural gas which is numerously scattered in remote areas. Based on the study of an acoustic double-acting thermoacoustic engine driven cryocooler, the content of this project mainly includes three parts: (1) study of the flow loss in resonant tube of the thermoacoustic engine, which is to reveal its loss mechanism and propose new configurations with less loss; (2) study of the coupling between the thermoacoustic engine and cryocooler, which is to reveal the output characteristic of the engine and propose new efficient configurations; (3) study on new cryocoolers, which is to understand the principle of the acoustic recovery and phase adjusting and propose new efficient cryocooler configurations. With the funding of this project, it is expected to make the heat-driven thermoacoustic cryocooler's efficiency comparable with conventional liquefaction technologies, which is to say that the whole exergy efficiency is higher than 11%. So that, independent intellectual property rights for natural gas liquefaction can be gained by our country.

本项目提出以热驱动热声制冷技术对偏、散、小的天然气气源进行液化的技术方案，以解决目前我国非常规天然气利用不足的问题，提高作为清洁能源的天然气在一次能源构成中的比重。以热声发动机驱动低温制冷机为研究载体，本项目主要针对三个方面的内容进行研究：（1）双作用热声发动机谐振管流动损失的研究，揭示其损失机理，提出低损的谐振方案；（2）热声发动机与低温制冷机的偶合研究，揭示发动机的声功输出特性，提出高效偶合方案；（3）新型低温制冷机研究，揭示其调相和声功回收原理，构建高效低温制冷机结构。通过本项目的研究，希望将热驱动热声制冷机的效率提高到与传统液化技术相媲美的水平，即整机㶲效率提高到11%以上，为我国的天然气液化技术提供具有自主知识产权的解决方案。

本项目提出以热驱动热声制冷技术对偏、散、小的天然气气源进行液化的技术方案，以解决目前我国非常规天然气利用不足的问题，提高作为清洁能源的天然气在一次能源构成中的比重。以热声发动机驱动低温制冷机为研究载体，本项目主要针对以下三个方面的内容进行了研究：（1）双作用热声发动机谐振管损失的研究，揭示了其损失主要包括粘性流动损失、突变界面损失、射流损失、直流损失、相位不理想导致的损失等；（2）热声发动机与低温制冷机的偶合研究，研究了发动机的声功输出特性和制冷机的入口的阻抗特性，揭示了发动机与制冷机的理想耦合条件，提出了机械谐振耦合发动机与制冷机的新型耦合方式；（3）新型低温制冷机研究，构建高效低温制冷机结构，揭示其调相机理和声功回收原理。通过本项目的研究建立了一套声学谐振型串联耦合和一套机械谐振耦合的热驱动热声制冷系统，前者的热驱动制冷效率达到了10%，后者的效率则达到了15%，达到了与商业化液化技术相媲美的水平，这是目前国际同类技术的最高水平。通过该项目的研究，共发表文章25篇，其中11篇SCI收录，4篇EI收录，核心期刊1篇；申请了17项国家发明专利，培养硕、博士毕业生3名。