目前的电冰箱及空调器所使用的制冷技术多为通过压缩机由制冷剂制冷。长期以来得到广泛应用的制冷剂是氟利昂，它被称为电冰箱和空调器中不可缺少的“血液”，但近年来人们发现由于全世界大量使用氟利昂已使地球臭氧层变得稀薄，温室效应太阳益明显，人类赖以生存的生态环境受到严重的危害。国际上已制定了控制氟利昂使用的“蒙特利尔议定书”。一些国家相继宣布，到本世纪末，将全部停止氟利昂的使用。因此，制冷技术科技界将面临两条途径：一是寻求氟利昂的替代物，这方面国内外正在进行大量的试验研究工作。就目前情况看，这些替代物并不十分理想，例如它的制冷效率以及和润滑油的兼容性并不理想，而且这些替代物是否对人类生存环境绝对无害，还要经历很长时间的考验，才能下定论；另一条途径则是广泛地开发新的制冷技术。在此情况下，声制冷技术是值得关注和研究的课题之一。
1 声制冷原理
所谓声制冷，即利用声能达到热量从冷端转移到热端的一门技术。在热力学中，最基本的热机有两类：发动机和制冷机。发动机将从高温热源吸收的热量部分转化为机械能输出，并向低温热源释放热量。制冷机则消耗外界提供的功，由低温热源泵热，并向高温热源释放热量。这里它没有对热机中功的形式加以限制，它可以是机械能形式的功，也可以是电功，磁功等。声能是一种振荡形式的能量，如果能够实现热能与声能的相互转化并与外界热源的热量交换，即可制成声发动机和声制冷机。利用热声效应可以实现声能与热能的相互转化以及与外热源的热量交换。
1.1 热声效应
热声效应是指可压缩的流体的声振荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能量效应。可产生热声效应的流体介质必须有可压缩性、较大的热膨胀系数、小的普朗特数，而且对于要求较大温差，较小能量流密度的场合，流体比热要小，对于要求较小温差，较大能量流密度的场合，流体比热要大。因此，理想气体如空气、氦气，特别是氦气，适用于较大温差，较小能量流密度的场合；在近临界区的简单液体，如CO2，简单的碳氢化合物CmHm等，适用于较小温差，较大能量流密度的场合。显然，后者适用于家用电器的制冷。
其实，在我们的太阳常生活中，存在着大量的“热声效应”(1)。例如，在讲演者周围建立起的声场中，声波在空气介质中传播，会引起压强与位移的变化。而压强与位移的变化又会导致气体介质的温度振荡，这些变化与振荡以及它们与周围固体边界发生相互作用就会产生热声效应。但是这里由热声效应引起的局部温度振荡和热流的量都很小，前者约为10-4℃，后者约为10-8w/m2，所以人们不易感觉得到，更无法加以利用了。其中主要原因是由于声源的能量较小，如果声源的
图1 共振型热声制冷机的工作原理
图2 驻波热声制冷机
图3 行波热声制冷机
图4 Stirling制冷机
能量有足够大，那么由热声效应引起的温度振荡和热流也就相当可观了。下面的实例就能说明这一点，房间内的高声谈话，在相距1m处的声压级约为68～74dB；蒸汽机车在5m处的声压级约为110dB；飞机强力发动机在相距5m处的声压级约为140dB，它的声功率约为104w。如果能有如此之大功率的声源，就很有必要利用热声效应进行转换了。
从能量转换角度，可以将热声效应分为两类：一是用热来产生声，即热驱动的声振荡，二是用声来产生热流，即声驱动的热传输。对应这两类热声效应制成的热机也分为两类：热声发动机和热声制冷机(简称声制冷机)。
1.2 声制冷的基本原理
热声发动机和热声制冷机都是利用热声效应制成的热机。现以共振热声制冷机为例，说明其工作原理(见图1)。
由图1(a)可知，它是由声源和声共振器构成。声源S可以是低频活塞式声发生器或改装的中频扬声器，它的作用是实现声功的输入。声共振器里又包括热声管组、热端热交换器、冷端热交换器和气体介质。冷端热交换器从外界热源吸收热量，实现热量的输入。热端热交换器向外界热源释放热量，实现热量的输出。热声管组实现声功和热量的相互转换。声共振器是为了在内部建立起声驻波场，这样声源输出功率虽不太大，但波腹处的声压级却很高。
首先，声源发出声音在气体介质中传播时产生声压，声压引起了气体介质的绝热压缩或绝热膨胀(即与外界无热量交换的压缩和膨胀)。这样，会导致气体温度变化，然后与管组发生热交换。图1(b)所示，右边气团因声波作用发生绝热膨胀时，内能减少，温度降低，此时右边气团温度低于当时与之*近的管组温度，因此右边气团从管组得到能量。同时左边气团发生绝热压缩，内能增加，温度升高，因此左边位置的气团会将热量传递给与之*近的管组。这样，在一个声波周期内，气团就使热量沿管组从右边移到左边，通常一个气团和温度变化及其转移的热量都是微量。因此，必须有一系列的气团，以合适的相位接力式地工作，才能将足够的热量泵向声压波腹处而产生显著的热声效应。这样就要求热声管组的整体长度和宽度都必须足够大，才能沿管组方向产生定向热流，使热由低温端泵到高温端，使低温端得以制冷。
2 声制冷机的类型
2.1 共振型声制冷机
共振型声制冷机又分为共振型驻波声制冷机和共振型行波声制冷机。
共振型驻波声制冷机是在美国Los Alamos国家实验室，由低温物理专家Wheatlay领导的小组，在1986年研制成功的。它以Rott和Thomann关于驻波声场的热声理论为指导，利用在管内产生的接近共振的驻波声场来产生热声效应进行工作。如图2所示，它的声源是一个声发生器，声发生器提供动力产生声振动。声共振器的终端是一个共振球体，这样可使在热声管组末端的冷端热交换器处的阻抗为零(使质点速度最大)，因而在热声管组中产生声驻波。这种制冷机只有一个运动部件，即声发生器。它能达到的最低温度为198K，在246K时制冷量为3W，性能系数为卡诺循环的12%。
共振型行波声制冷机是美国麻省理工大学的Ceperley于1979年提出的。它包括声发生器、室温热端热交换器、热声管组、冷端热交换器及行波声导管。如图3所示，这些部件构成一个行波回路，而回路的长度正好应为一个声波长。声发生器提供动力产生声振荡。在声回路中产生接近共振的行波声场。冷端热交换器从低温热源吸收能量，热量由热声管组消耗声功从低温端泵向高温端，热端交换器将热声管组来的热流释放给环境。这种声制冷机也只有一个运动部件，即声发生器。
2.2 回热式声制冷机
Stirling声制冷机是回热式声制冷机的典型。
图5 脉冲管制冷机
Stirling声制冷机实际上是一种带有声吸收器的行波式制冷机。最基本的Stirling声制冷机包括以下部件：声发生器、热端热交换器、热声管组、冷端热交换器和声吸收器。如图4所示，这种声制冷机是*声发生器活塞和声吸收器活塞的协调运动来建立行波声场的，即声发生器活塞运动超前声吸收器活塞运动一个相位角θ(0＜θ＜π)。当θ约为π/2时，其中声场的行波能量可达到最大。还有一种Stirling制冷机带有排出器结构，即分置式声制冷机。其中排出器作用是一端吸收声功，而在另一端输出声功，它起到了声功流反馈作用，其它部件作用与基本的Stirling制冷机相同。
Stirling制冷机的特点是工作温度范围宽，效率较高，结构紧凑。分置式结构，体积小，重量轻，特别适用于机载冷却设备。
2.3 脉冲管制冷机
早在1963年就有人提出了脉冲管制冷机，它是一个行波声制冷机和驻波声制冷机的组合(2)。它由声发生器、热端热交换器1、热声管组、冷端热交换器、脉冲管和热端热交换器2等部件组成，如图5所示。其中脉冲管和热端热交换器2的作用是接受由冷端热交换器输入的声功流以建立驻波场。
脉冲管制冷机近几年来得到很大发展，由基本型脉冲管制冷发展到小孔型脉冲管和双向进气型脉冲管制冷机等型式。小孔型脉冲管制冷机在带有脉冲管的热端热交换器2处又加了一个亥姆霍兹共振器，它是一种共振吸收结构。当其工作在共振频率附近时，由于小孔声阻产生强烈的声吸收作用，声功被吸收耗散为热。这样制冷机中声场的行波分量得以增强，热声管组泵热量增加。小孔型脉冲管制冷机的性能比基本型脉冲管制冷机性能大为改善，其泵热能力和达到的最低温度与Stirling制冷机接近，但其行波分量的增强是以共振器耗散功为代价，其制冷系数小于Stirling制冷机。
双向进气式脉冲管制冷机在小孔型脉冲管制冷机的基础上，用一段旁路管道将带脉冲管的热端热交换器2与热端热交换器1连接起来，管道中的气柱相当于排气结构。这些在热交换器1处形成“双向进气”，当阻抗匹配合理时，可通过该管道吸收一部分声功，使制冷能力和效率有所提高。
上述声制冷机所用的声介质多为气体介质。气体介质适用于较大温差，较小能量流密度场合，它不适合用于家电行业中的电冰箱和空调器。我们知道，液体介质适用于较小温差，较大能量流密度场合，所以将声制冷机中的气体介质改为液体介质，无疑会带来较佳效果。美国的Los Alamos实验室采用了液态丙烯作为声介质。因其较大的热膨胀系数和较小的体积压缩率，在高压下工作时，制冷功率和效率都会显著提高。
3 声制冷机的发展前景
声制冷机的研究和开发兴起于本世纪80年代。在这方面工作的主要有美国Los Alamos实验室及美国海军研究生院。Los Alamos于1990年展示了一台热声制冷机，制冷最低温度达89K，在制冷温度为120K时，制冷功率为5W。美国加州的海军研究生院于80年代曾研制了一台热声冰箱(STAR)用于1992年1月发射的“发现”号航天飞机上，在地面产生比室温低80K的温度，当制冷功率为3W时，峰值效率为卡诺热机的20%。这两台声制冷机都使用电动声源，工作频率在400～500Hz之间。美国海军研究生院目前正致力于声制冷的家用电冰箱和空调器的研究和开发。声制冷的家用电冰箱(TALSR)已研制成功，冷藏室温度为4℃，冷冻室的温度可达-22℃(3)。
当前，声制冷原理已用于红外传感、雷达及其它低温电子器件的降温。低温电子器件的制冷问题与常规民用制冷相比，有自己的独特之处，它要求制冷温度低(-50℃～-200℃)。但制冷量不大，要求制冷机的机械振动小，可*性高和小型轻量化。声制冷技术刚好适合了这些方面的要求。因此可以期望声制冷技术在低温电子学器件制冷方面有好的应用前景。
4 结束语
目前，家用电冰箱和空调器均采用机械式的压缩机制冷技术。鉴于广大用户对静音化的要求极为迫切，国内外在家电制冷设备的降噪技术方面也做出不少的成绩，但更高水平的静音化目前困难不少。我们设想在不久的将来能在电冰箱制冷系统上附加一套结构简单的声制冷系统并以电冰箱压缩机的噪声作为声制冷系统的能源，将会使整台电冰箱或空调器的制冷效率进一步提高，而其噪声将有突破性的下降。
参考资料：https://www.doczj.com/doc/0c5213460.html,/dispbbs.asp?boardid=4&id=277&star=1&page=1
目前的电冰箱及空调器所使用的制冷技术多为通过压缩机由制冷剂制冷。长期以来得到广泛应用的制冷剂是氟利昂，它被称为电冰箱和空调器中不可缺少的“血液”，但近年来人们发现由于全世界大量使用氟利昂已使地球臭氧层变得稀薄，温室效应太阳益明显，人类赖以生存的生态环境受到严重的危害。国际上已制定了控制氟利昂使用的“蒙特利尔议定书”。一些国家相继宣布，到本世纪末，将全部停止氟利昂的使用。因此，制冷技术科技界将面临两条途径：一是寻求氟利昂的替代物，这方面国内外正在进行大量的试验研究工作。就目前情况看，这些替代物并不十分理想，例如它的制冷效率以及和润滑油的兼容性并不理想，而且这些替代物是否对人类生存环境绝对无害，还要经历很长时间的考验，才能下定论；另一条途径则是广泛地开发新的制冷技术。在此情况下，声制冷技术是值得关注和研究的课题之一。 1 声制冷原理 所谓声制冷，即利用声能达到热量从冷端转移到热端的一门技术。在热力学中，最基本的热机有两类：发动机和制冷机。发动机将从高温热源吸收的热量部分转化为机械能输出，并向低温热源释放热量。制冷机则消耗外界提供的功，由低温热源泵热，并向高温热源释放热量。这里它没有对热机中功的形式加以限制，它可以是机械能形式的功，也可以是电功，磁功等。声能是一种振荡形式的能量，如果能够实现热能与声能的相互转化并与外界热源的热量交换，即可制成声发动机和声制冷机。利用热声效应可以实现声能与热能的相互转化以及与外热源的热量交换。 1.1 热声效应 热声效应是指可压缩的流体的声振荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能量效应。可产生热声效应的流体介质必须有可压缩性、较大的热膨胀系数、小的普朗特数，而且对于要求较大温差，较小能量流密度的场合，流体比热要小，对于要求较小温差，较大能量流密度的场合，流体比热要大。因此，理想气体如空气、氦气，特别是氦气，适用于较大温差，较小能量流密度的场合；在近临界区的简单液体，如CO2，简单的碳氢化合物CmHm等，适用于较小温差，较大能量流密度的场合。显然，后者适用于家用电器的制冷。 其实，在我们的太阳常生活中，存在着大量的“热声效应”(1)。例如，在讲演者周围建立起的声场中，声波在空气介质中传播，会引起压强与位移的变化。而压强与位移的变化又会导致气体介质的温度振荡，这些变化与振荡以及它们与周围固体边界发生相互作用就会产生热声效应。但是这里由热声效应引起的局部温度振荡和热流的量都很小，前者约为10-4℃，后者约为10-8w/m2，所以人们不易感觉得到，更无法加以利用了。其中主要原因是由于声源的能量较小，如果声源的 图1 共振型热声制冷机的工作原理 图2 驻波热声制冷机 图3 行波热声制冷机 图4 Stirling制冷机
声发射 1.测试原理 材料在受到外荷载作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。1950年，德国人凯泽（J.Kaiser）发现多晶金属的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯泽点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。后来国外许多学者证实了在岩石压缩试验中也存在凯瑟效应，许多岩石如花岗岩、大理岩、石英岩、砂岩、安山岩、辉长岩、闪长岩、片麻岩、辉绿岩、灰岩、砾岩等也具有显著的凯泽效应，从而为应用这一技术测定岩体初始应力奠定了基础。 地壳内岩石在长期应力作用下达到稳定应变状态。岩石达到稳定状态时的微裂结构与所受应力同时被“记忆”在岩石中。如果把这部分岩石用钻孔法取出岩芯，即该岩芯被应力解除，此时岩芯中张开的裂隙将会闭合，但不会“愈合”。由于声发射与岩石中裂隙生成有关，当该岩芯被再次加载并且岩芯内应力超过它原先在地壳内所受的应力时，岩芯内开始产生新的裂隙，并伴有大量声发射出现，于是可以根据岩芯所受载荷，确定出岩芯在地壳内所受的应力大小。 凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，测定凯瑟点，即可找出每个试件以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始（历史）三维应力状态。 2.测试步骤 （1）试件制备 从现场钻孔提取岩石试样，试样在原环境状态下的方向必须确定将试样加工成圆柱体试件，径高比为1：2～1：3。为了确定测点三维应力状态，必须在该点的岩样中沿六个不同方向制备试件，假如该点局部坐标系为oxyz，则三个方向选为坐标轴方向，另三个方向选为oxy,oyz, ozx平面内的轴角平分线方向。为了获得测试数据的统计规律，每个方向的试件为15～25块。 为了消除由于试件端部与压力试验机上、下压头之间摩擦所产生的噪声和试件端部应力集中，试件两端浇铸由环氧树脂或其他复合材料制成的端帽（参见图4－23）。 （2）声发射测试 将试件放在单压缩试验机上加压，并同时监测加压过程中从试件中产生的声发射现象。图4-23是一组典型的监测系统框图。在该系统中，两个压电换能器（声发射接受探头）固定在试件上、下部，用以将岩石试件在受压过程中产生的弹性波转换成电信号。该信号经放大、鉴别之后送入定区检测单元，定区检测是检测二个探头之间的特定区域里的声发射信号，区域外的信号被认为是噪声而不被接受。定区检测单元输出的信号送入计数控制单元，计数控制单元将规定的采样时间间隔内的声发射模拟量和数字量（事件数和振铃数）分别送到记录仪或显示器绘图、显示或打印。
第一章概论 1.1制冷技术及其应用 1.1.1.制冷的基本概念 制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷是指用人工的方法在一定的时间和空间内从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质，制造和获得低于环境温度的技术。能实现制冷过程的机械和设备的总和称为制冷机。 制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动并与外界发生能量交换，实现从低温热源吸取热量，向高温热源释放热量的制冷循环。由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此制冷的实现必须消耗能量，所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能、化学能或其它可能的形式。 制冷几乎包括了从室温至0K附近的整个热力学温标。在科学研究和工业生产中，常把制冷分为普通制冷和低温制冷两个体系。根据国际制冷学会第13届制冷大会（1971年）的建议，将120K 定义为普冷与低温的分界线。在120K和室温之间的温度范围属于“普冷”，简称为制冷；在低于120K 温度下所发生的现象和过程或使用的技术和设备常称为低温制冷或低温技术，但是，制冷与低温的温度界线不是绝对的。 1.1. 2.制冷技术的应用 制冷技术几乎与国民经济的所有部门紧密联系，利用制冷技术制造舒适环境以保障人身健康和工作效率；利用制冷技术生产和贮存食品；利用制冷技术来保证生产的进行和产品质量的要求。制冷技术的应用几乎渗透到人类生活、生产技术、医疗生物和科学研究等各领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大的作用。 1.1. 2.1.商业及人民生活 食品冷冻冷藏和空气调节是制冷技术最重要的应用之一。 商业制冷主要用于对各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。典型的食品“冷链”由下列环节组成：现代化的食品生产、冷藏贮运和销售，最后存放在消费者的家用冷藏冷冻装置内。 舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作环境。如大中型建筑物和公共设施的空调，各种交通运输工具的空调装置，家用空调等。近年来，家用空调器已成为我国居民消费的热点家电产品之一。2003年我国家用空调器的年产量达3500万台，出口1000多万台，中国已成为世界空调产品的生产基地，产量约占世界总产量的40%。 工业空调不仅为在恶劣环境中工作的员工提供一定程度的舒适条件，而且也包括有利于生产和制造而作的空气调节。如：在冷天或炎热环境中，以维持工人可以接受的工作条件；纺织业、精密制造、电子元器件生产和生物医药等生产行业为了保证一定的产品质量和数量，需要空气调节系统提供合适的生产环境。 1.1. 2.2.工农业生产
声发射检测的基本原理 当材料或结构受应力作用时,由于其微观结构的不均匀及缺陷的存在,导致局部产生应力集中,造成不稳定的应力分布。当这种不稳定状态下的应变能积累到一定程度时,不稳定的高能状态一定要向稳定的低能状态过渡,这种过渡通常是以塑性变形、相变、裂纹的开裂等形式来完成。在此过程中,应变能被释放,其中一部分以应力波的形式释放出来,这种以弹性应力波的形式释放应变能的现象叫做声发射,也叫应力波发射。固体材料产生局部变形时,不仅产生体积变形,而且会产生剪切变形,因此会激起两种波,即纵波(又称压缩波)和横波(剪切波)。产生这种波的部位叫作声发射源。这种纵波和横波从声发射源产生后通过材料介质向周围传播,--部分通过介质直接传到安放在固体表面的传感器,形成检测信号,还有一部分传到表面后会产生折射,一部分形成折射波返回到材料内部,另一部分则形成表面波(又称瑞利波),表面波沿着介质的表面传播,并到达传感器,形成检测信号。通过对这些信号进行探测、记录和分析就能够实现对材料进行损伤评价和研究。其原理如图所示 图声发射检测原理 AE detecting schematic 材料在应力作用下的变形与开裂是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源,通常称为传统意义上的声发射源。近年来,流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源,也归到声发射源范畴,称为其它声发射源或二次声发射源。 2. 2声发射信号处理 声发射信号是一种复杂的波形,包含着丰富的声发射源信息,同时在传播的过程中还会发生畸变并引入干扰噪声。如何选用合适的信号处理方法来分析声发射信号,从而获取正确的声发射源信息,一直是声发射检测技术发展中的难点。根据分析对象的不同,可把声发射信号处理和分析方法分为两类:一是声发射信号波形分析,根据所记录信号的时域波形及与此相关联的频谱、相关函数等来获取
浅谈几种新型制冷技术 专业：过程装备与控制工程 姓名：叶祥东 学号：10012322
浅谈几种新型制冷技术 引言： 20世纪初,人们谈论的话题只是能源,而21世纪初,人们谈论的话题则是能源危机。这说明在当今这个高速发展的社会,能源已经成为支撑国家经济发展的基础和核心问题。2010年,我国一次能源消费总量超过32亿吨标准煤,能源消费总量已经占世界总量的20%,能源消费总量已经超过美国,但经济总量仅为美国的三分之一左右。其中,我国的石油对外依存度已经超过55%,天然气也已经超过16%是进口,昨日的煤炭大国在2010年也已经是变成了净进口国。近年来，由于传统的制冷空调设备对氟利昂类制冷剂的大量使用，以及对电能的大量消耗成为导致当前环境与能源问题的重要因素。随着我国能源结构的调整，太阳能、地热能、生物质能等可再生能源的应用比例不断提高。因此，研制和发展对臭氧层无损耗、无温室效应而且可以利用低品位能源作为动力的节能环保型的制冷技术是制冷领域研究的重要课题。 一、太阳能制冷 1、背景： 人类进入21世纪以来，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。 同时化石燃料燃烧后造成的排放污染问题日益凸显，能源问题日益成为制约国际社会发展的瓶颈。太阳能既是一次能源，有是可再生能源，可免费使用，又无需运输，对环境也没有污染，具有无可避免的自然优势。同时，我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源，有2/3以上的地区日照大于2000小时，太阳能资源的理论储量大每年7000亿吨标准煤[1]。 2、原理： 主要有吸收式、吸附式、冷管式、除湿式、喷射式和光伏等制冷类型[2-3] (1) 太阳能吸收式制冷：用太阳能集热器收集太阳能来驱动吸收式制冷系统，利用储存液态冷剂的相变潜热来储存能量，利用其在低压低温下气化而制冷,目前为止示范应用最多的太阳能空调方式。多为溴化锂—水系统，也有的采用氨—水系统。 (2) 太阳能吸附式制冷：将收式制冷相结合的一种蒸发制冷，以太阳能为热源，采用的工质对通常为活性碳—甲醇、分子筛—水、硅胶—水及氯化钙一氨等，可利用太阳能集热器将吸附床加热后用于脱附制冷剂，通过加热脱附——冷凝——吸附——蒸发等几个环节实现制冷。 (3) 太阳能除湿空调系统：是一种开放循环的吸附式制冷系统。基本特征是干燥剂除湿和蒸发冷却，也是一种适合于利用太阳能的空调系统。 (4) 太阳能喷射式制冷：通过太阳能集热器加热使低沸点工质变为高压蒸汽，通过喷管时因流出速度高、压力低，在吸入室周围吸引蒸发器内生成的低压蒸汽进入混合室，同时制冷剂任蒸发器中汽化而达到制冷效果。 （5）太阳能冷管制冷：这是一种间歇式制冷，主要结构是由太阳能冷管、集热箱、制冷箱、蓄冷器和冷却水回路等组成，是一种特殊的吸附式制冷系统 （6）太阳能半导体制冷：该系统由太阳能光电转换器(太阳能电池)、数控匹配器、储能设备(蓄电池)和半导体制冷装置四部分组成。太阳能光电转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置进行制冷运行,另一部分则进入储能设备储存,以供阴天或晚上使用,保证系统可以全天候正常运行。[2-3] 3、优点：
声发射的基本原理 声发射检测的原理，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。固体材料中内应力的变化产生声发射信号, 在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。 声发射检测的主要目的是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。 声发射技术的特点 声发射检测方法在许多方面不同于其它常规无损检测方法，其优点主要表现为： (1) 声发射是一种动态检验方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线探伤方法一样由无损检测仪器提供； (2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号； (3) 在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态； (4) 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报； (5) 由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境； (6) 对于在役压力容器的定期检验，声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产； (7) 对于压力容器的耐压试验，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力； (8) 由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。 由于声发射检测是一种动态检测方法，而且探测的是机械波，因此具有如下的特点：(1) 声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，因而，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验； (2) 声发射检测，一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要特作准备； (3) 声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小，仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。 声发射的应用 前人们已将声发射技术广泛应用于许多领域，主要包括以下方面： 声发射检测应用在高压储氢罐检测上(1) 石油化工工业：低温容器、球形容器、柱型容器、高温反应器、塔器、换热器和管线的检测和结构完整性评价，常压贮罐的底部泄漏检测，阀
驻波型热声制冷机板叠间的换热分析 张玉宝，阚小美，仲源，梁飞飞 （内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010） 来稿日期：2018-08-07 基金项目：2014国家自然科学基金资助项目（51365033）作者简介：张玉宝，（1962-），男，内蒙古包头人，博士研究生，教授，主要研究方向：机械设计制造及其自动化 1引言 板叠是热声制冷机的核心部件，板叠内的气体微团在驱动声压作用下，在其平衡位置附近做微小振动[1]。在气团往复运动的过程中，驱动声压周期性变化使得气团的温度也发生周期性改变，由于气团自身温度的变化导致与之接触的固体板叠表面的温度随之发生改变，从而在板叠两端形成温度差[2] 。因此，分析气团 与板叠间的换热过程，进而估算板叠间的换热量是研究热声制冷机制冷因子的主要途径[3]。将声场中复杂的气团运动分解，对气团运动过程中与板叠间的换热过程进行简单分析，并对换热量进行了初步估算。 2驻波型声场中热量的搬移过程 为分析气团在一个运动周期内与板叠之间的换热关系，将气团的运动分为四个热力过程，把气团处于平衡位置左侧的极限 位置作为循环的起始点，4个时间段为[4]：0<ωt <π/2，π/2<ωt <π，π<ωt <3π/2，3π/2<ωt <2π，分别对应热力过程①至热力过程④。其对应的气团运动示意图，如图1所示。 N N a b c ①②③ ④ 图1驻波型声场中气体微团运动示意图 Fig.1Schematic Diagram of Gas Mass Movement in Standing Wave Type Sound Field 流入或流出气团的总声能量按余弦规律改变。在热力学中，温度被定义为[5]： εx =ρ0V 0M ·i 2 RT （1） 式中：εx —气体动能与势能之和即气体内能；M —气体摩尔质量； 摘要：基于线性小振幅声场，探讨了气体微团与固体板叠之间能量传递规律，系统地分析了谐振腔板叠内的热力过程。 为了分析驻波型热声制冷机制冷因数，阐述了气体微团与固体板叠之间的热量交换，直观地了解气体微团与固体板叠之间热量交换的数值变化关系。运用稳态流动理论估算了气体与固体之间的换热量，根据经典传热学理论，对重要传热系数进行试验确定，但是试验结果与理论估算值有较大误差，表明稳态的对流换热理论已经不适用于热声理论。关键词：热声制冷；热力循环；板叠；对流换热中图分类号：TH16；TK121 文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2019）02-0204-03 The Analysis of the Heat Transfer in the Stacks of the Standing Wave Type Thermoacoustic Refrigerator ZHANG Yu-bao ，KAN Xiao-mei ，ZHONG Yuan ，LIANG Fei-fei （Mechanical and Engineering Institute ，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Inner Mongolia Baotou 014010，China ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：The regular of energy transfer between the gas micro mass and the solid plate was discussed in this paper based on the theory linear small-amplitude sound field.The thermal process of the cavity plate stack was analyzed systematically.In order to analyze the refrigeration factor of the standing wave thermoacoustic refrigerator ，it expounds the heat exchange between the solid pack and gas mass ，and then intuitive understanding the change in value of the heat exchange between gas micro mass and solid plate .By using the theory of steady-state flow estimation of the heat transfer between gas and solid and the classical theory of heat transfer ，test to determine important heat transfer coefficient .But it has a great error of test results and the theoretical estimates which Show that the convection heat transfer in a steady state theory has does not apply to thermoacoustic theory. Key Woｒdｓ：TheｒmoａｃouｓｔiｃRefｒigeｒａｔoｒ；TheｒmodynａmiｃCyｃle ；Sｔａｃk ；Conveｃｔive HeａｔTｒａnｓfeｒ Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造 第2期2019年2月 204 万方数据
浅谈最新制冷技术
浅谈最新制冷技术 赵树男 （1.吉林大学汽车工程学院，长春130000） 摘要：能源的利用率和环境的要求共同决定了新型制冷技术的发展方向，根据国内外的研究情况，总结了主要的新型制冷技术的制冷原理、特点和发展现状，并对其应用前景进行了展望。 关键词：新型制冷技术；原理；特点；研究现状；应用前景 Overview of the new refrigeration technologies Zhao Shunan Abstract:The development direction of the new refrigeration technologies is determined by the utilization rate of energy and the requirements of environment, according to the domestic and foreign research situation, the cooling principle，characteristics and development status of several major new refrigeration technologies have been summarized. At last, an outlook of its application prospect has been put forward. Key words:New refrigeration technologies; Theory；Characteristic；Research status；Application prospect 制冷技术已渗透到生产技术、科研领域以及日常生活的各个方面并发挥着巨大的作用。生活中，制冷在食品冷加工、冷贮藏、冷藏运输、空气调节以及体育运动中制造人工冰场等得到广泛用；工业生产中，为生产环境提供必要的恒温恒湿环境，对材料进行低温处理以及零件间的过盈配合等；农牧业中，对农作物种子进行低温处理等；建筑工程中，利用制冷实现冻土开采土方；现代医学中的低温冷冻骨髓和外周血干细胞、手术中的低温麻醉等；制冷技术在尖端科学领域如微
氨制冷系统四大部件及其制冷工作原理制冷是指用机械方法，从一个有限的空间取出热量，使该处的温度降低到所要求的程度，这个过程是靠热传递来完成的。制冷技术是一项工艺极其复杂，具有一定危险性的工作，尤其是系统中的氨气，是一种易燃易爆，有毒，使人窒息的气体，对人体健康和安全生产都有潜在的较大的危害性。所以要求制冷操作人员必须熟悉所属冷库设备的构造、结构、性能、特点、分布情况、工艺流程、运行原理，掌握安全操作技术，并具备查患排险能力，这样才能胜任制冷运行和管理工作。下面就围绕察尔森水库管理局冷库氨制冷设备四大主要部件及其制冷工作原理谈谈自己粗浅的理解和看法。 一、制冷工作原理 察尔森水库冷库属蒸汽压缩制冷系统。它主要由压缩机、冷凝器、贮氨罐、油分离器、节流阀、氨液分离器、蒸发器、中间冷却器、紧急泄氨器、空气分离器、集油器，水冷却装置，各种阀门、压力表、测温仪和高低压管道组成。其中，压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器是制冷系统中最基本的部件。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统。制冷剂氨在系统中不断循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换，其工作过程是：液态氨在蒸发器中吸收被冷却物的热量之后，汽化成低压低温的氨气，被压缩机吸入，压缩成高压高温的氨气后排入冷凝器。在冷凝器中被冷却水降温放热冷凝为高压氨液，经节流阀节流为低压低温的氨液，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，氨在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 在实际的制冷系统中，完成一次制冷循环，制冷剂需要通过上述四大件之外，
还通过许多辅助设备，这些设备是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的，实际制冷工艺流程是较为复杂的。制冷学原理是一个能量转化过程，即电能转化为机械能，机械能转化为热能，热能又通过氨液在系统内不断地发生形态变化，进行冷热变换完成制冷。 二、活塞式压缩机的基本结构及其工作原理 活塞式压缩机是目前广泛用于大中型冷库的制冷机型。察尔森水库安装了一台6AW10型单级氨压缩机和一台8ASJ10型双极氨压缩机，均是大连冷冻机厂生产的。活塞式压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞、进排气阀组、安全阀、能量调节机构，润滑系统和直联式电动机配装而成。 6AW10型压缩机的总体结构是：“ 6”表示压缩机有6缸（3个排气缸，3个吸气缸），“ A”表示以氨制冷剂，“W表示气缸排列的样式如果字母W型，“10”表示汽缸直径为10厘米。该机活塞行程为200毫米，转速为960转/分，标准制冷量为2900000千焦/ 小时, 电动机功率为37千瓦/小时, 该机能将库温降至-30C。 8ASJ10型压缩机的总体结构是：“8”表示压缩机为8个汽缸，“A”表示氨制冷剂，“ S”表示汽缸排列样式像扇子型，“J”表示单机两级，即在一台机体上没有低压级和高压级，两次压缩制冷。其中6个缸（3个低压吸气缸，3 个低压排气缸）为低压级，2 个缸（1 个高压吸气缸，1 个高压排气缸）为高压级，该机分设高压腔和低气腔两次分别做工制冷的目的是：分割高低压缸压力差，做梯级压缩制冷，以取得较低的温度，该机能将库温降至 -45C，标准制冷量为4100000千焦/小时，电动机功率为31千瓦/小时.
第一章制冷技术差不多知识 §1-1 概述 一、何谓制冷 日常生活中常讲的“热”或“冷”是人体对温度高低感受的反应。在制冷技术中所讲的冷，是指某空间内物体的温度低于周围环境介质（如水或空气）温度而言。 因此“制冷”确实是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并连续维持如此一个温度的过程。 二、何谓人工制冷 我们都明白，热量传递终是从高温物体传向低温物体，直至二者温度相等。热量决不可能自发地从低温物体传向高温物体，这是自然界的可观规律。 然而，现代人类的生活与生产经常需要某个物体或空间的温度低于环境温度，甚至低得专门多。例如，储藏食品需要把食品冷却到０℃左右或－15℃左右，甚至更低。而这种低温要求天然冷却是达不到的，要实现这一要求必须有另外的补偿过程（如消耗一定的功作为补偿过程）进行制冷。 这种借助于一种专门装置，消耗一定的外界能量，迫使热量从温度较低的被冷却物体或空间转移到温度较高的周围环境中去，得到人们所需要的各种低温，称谓人工制冷。而这种装置就称谓制冷装置或制冷机。 三、人工制冷的方法 人工制冷的方法要紧有相变制冷、气体绝热膨胀制冷和半导体制冷三种。 １.相变制冷即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如冰融化时要吸取80 kcal/kg的熔解热；氨在１标准大气压下气化时要吸取327kcal/kg
的气化潜热；干冰在１标准大气压下升华要吸取137kcal/kg的热量，其升华温度为－78.9℃。 ２.气体绝热膨胀制冷：利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，达到制冷的目的。 ３.半导体制冷：珀尔帖效应告诉我们：两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时，则一个接合点变冷，另一个接合点变热。然而纯金属的珀尔帖效应专门弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰，而用两种半导体（Ｎ型和Ｐ型）组成的直流闭合电路，则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。因此，半导体制冷确实是利用半导体的温差电效应实现制冷地。 目前生产实际中广泛应用的制冷方法是：利用液体的气化实现制冷，这种制冷常称为蒸气制冷。它的类型有：蒸汽压缩式制冷（消耗机械能）、汲取式制冷（消耗热能）和蒸汽喷射式制冷（消耗热能）三种。 四、制冷体系的划分 在工业生产和科学研究上，人们通常依照制冷温度的不同把人工制冷分为“普冷”和“深冷”两个体系。一般把制取温度高于－120℃的称为“普冷”、低于－120℃的称为“深冷”。 由于低温范围的不同，制冷系统的组成也不同，因此，依照食品制冷要求，我们只介绍一般制冷温度范围内的蒸气压缩制冷。 §1-2 制冷技术的热力学基础 一、制冷工质的热力状态参数 在制冷循环中，工质不断地进行着热力状态变化。描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参数，简称状态参数。一定的状态，其
声制冷技术 声制冷技术 声制冷技术是一种涉及声学和热力学两大学科的边缘技术。本文介绍了声制冷技术的发展史和几种声制冷机的基本原理，并论述了它的应用前景，特别是在家电制冷系统中用于降低噪声、提高效率的可行性。 关键词：家用电器热声效应声制冷 Acoustic reftaiyanggeration technology is a boundary science which is between acoustics and thermodynamies.In this paper,the history of acoustic reftaiyanggeration technology and basal theotaiyanges of some kinds of acoustic reftaiyanggerators are introduced.Then its applied prospect is discussed,especially the possibility that it is used to reduce noises and increase the efficiency in family electtaiyangcal appliance. Keywords:family electtaiyangcal appliance thermoacoustic effect acoustic reftaiyanggeration 目前的电冰箱及空调器所使用的制冷技术多为通过压缩机由制冷剂制冷。长期以来得到广泛应用的制冷剂是氟利昂，它被称为电冰箱和空调器中不可缺少的“血液”，但近年来人们发现由于全世界大量使用氟利昂已使地球臭氧层变得稀薄，温室效应太阳益明显，人类赖以生存的生态环境受到严重的危害。国际上已制定了控制氟利昂使用的“蒙特利尔议定书”。一些国家相继宣布，到本世纪末，将全部停止氟利昂的使用。因此，制冷技术科技界将面临两条途径：一是寻求氟利昂的替代物，这方面国内外正在进行大量的试验研究工作。就目前情况看，这些替代物并不十分理想，例如它的制冷效率以及和润滑油的兼容性并不理想，而且这些替代物是否对人类生存环境绝对无害，还要经历很长时间的考验，才能下定论；另一条途径则是广泛地开发新的制冷技术。在此情况下，声制冷技术是值得关注和研究的课题之一。 1 声制冷原理 所谓声制冷，即利用声能达到热量从冷端转移到热端的一门技术。在热力学中，最基本的热机有两类：发动机和制冷机。发动机将从高温热源吸收的热量部分转化为机械能输出，并向低温热源释放热量。制冷机则消耗外界提供的功，由低温热源泵热，并向高温热源释放热量。这里它没有对热机中功的形式加以限制，它可以是机械能形式的功，也可以是电功，磁功等。声能是一种振荡形式的能量，如果能够实现热能与声能的相互转化并与外界热源的热量交换，即可制成声发动机和声制冷机。利用热声效应可以实现声能与热能的相互转化以及与外热源的热量交换。 1.1 热声效应 热声效应是指可压缩的流体的声振荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能量效应。可产生热声效应的流体介质必须有可压缩性、较大的热膨胀系数、小的普朗特数，而且对于要求较大温差，较小能量流密度的场合，流体比热要小，对于要求较小温差，较大能量流密度的场合，流体比热要大。因此，理想气体如空气、氦气，特别是氦气，适用于较大温差，较小能量流密度的场合；在近临界区的简单液体，如CO2，简单的碳氢化合物CmHm等，适用于较小温差，较大能量流密度的场合。显然，后者适用于家用电器的制冷。 其实，在我们的太阳常生活中，存在着大量的“热声效应”(1)。例如，在讲演者周围建立起的声场中，声波在空气介质中传播，会引起压强与位移的变化。而压强与位移的变化又会导致气体介质的温度振荡，这些变化与振荡以及它们与周围固体边界发生相互作用就会产生热声效应。但是这里由热声效应引起的局部温度振荡和热流的量都很小，前者约为10-4℃，后者约为10-8w/m2，所以人们不易感觉得到，更无法加以利用了。其中主要原因是由于声源的能量较小，如果声源的
目录 第一章制冷的热力学基础 (2) 第1节热力学第一定律 (2) 第2节热力学第二定律 (6) 第二章传统的制冷物质与制冷技术 (7) 第1节制冷剂的历史[4] (7) 第2节传统制冷技术的简单介绍 (7) 第三章半导体制冷 (10) 第1节半导体[4] (10) 第2节半导体制冷器 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)
第一章 制冷的热力学基础 第1节 热力学第一定律 1、热力学第一定律 自然界中的所有物质都有能量，能量不能被创造也不能被消灭，它只能进行能量之间的转换，从一种形态变成另一种形态，但是能量的总和不会改变，这就是能量守恒与转换定律，是自然界的基础规律之一，也是热力学第一定律的理论基础[2]。热力学第一定律就是能量守恒与转换在一个热力学系统中的应用。 热力学第一定律的解析式为： W U Q +?= （1.1.1） 式中Q 为系统中的热量，U ?表示热力学能的变化量，W 为与环境交换的功。式中热力学能变化量U ?、热量Q 、和功W 都是代数值，可正可负，系统吸热Q 值为正，放热Q 值为负；同理，系统对外做功W 为正，反之为负。系统的热力学能增大时，U ?为正。可以理解为在一个热力学系统内，热力学变化量U ?与对环境做的功的总和为系统中的总热量。这也说明了一个道理热力学第一定律是一个准静态过程，即在这个过程中的每一时刻，系统都处于平衡态。 说简单些，就是在一个系统中，热和功是可以相互转换的，消耗一定量的热即可产生一定量的功，同时，消耗一定量的功会产生一定量的热，但其二者之和是保持不变的一个固定值。 热力学的第一定律解析式的微分形式为 W dU Q δδ+= (1.1.2) 2、热力学第一定律对理想气体的应用[1] 下面我们来看看热力学第一定律在理想气体下的一些简单的能量转换。 （1）等体过程 等体过程即使在系统体积保持不变，外界做功为零，故此根据热力学第一定律的解析式可得出
制冷系统主要部件的工作原理及特点 （1）制冷压缩机 制冷压缩机是用以压缩和输送制冷剂的设备。在消耗外界补偿功的条件下，它以机械方法吸入来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽，将该蒸汽压缩成高温高压的过热蒸汽，并排放到冷凝器中去，使制冷剂能在制冷系统中实现制冷循环。 ①开启式压缩机。 这种压缩机与电动机没有共同外壳。根据曲轴箱形式，又可分为开式曲轴箱压缩机和闭式曲轴箱压缩机。前者因曲轴箱与大气相通，气缸里漏出的制冷剂直接进人大气，泄漏量大，目前已很少应用。后者曲轴箱的曲轴用轴封加以密闭，使曲轴箱封闭，以减少制冷剂的泄漏量。 ②半封闭式压缩机。 这种压缩机与电动机直接连接；一起装在以螺栓连接的密封壳体内，并共用同一主轴，机壳为可拆卸式，便于维修。根据电动机的冷却形式可分为进气冷却式、进气与空气混合冷却式等形式。目前半封闭式压缩机多为高速多缸式。 ③全封闭式压缩机： 这种压缩机和电动机直接连接，并一起装在一个焊接的密封壳体内。这种压缩机结构紧凑、密封性极好。使用方便、振动小、噪音低，适用于小型制冷设备。全封式压缩机有活塞式、旋转式、涡旋式三种。 A、旋转式压缩机 是一种特殊的小型回转式压缩机，如图1－l－2所示。其转子偏心地装在定子内，排气时间长（比往复活塞式长30％左右），流过气阀的流动阻力损失小，缸径行程比大，排气容积和吸气管管径大，吸气过热小，电动机工作温度低，效率高，成本低以及寿命长。 B、活塞式压缩机 外形如图1－l－3所示 C、涡旋式压缩机 是通过涡旋定子和涡旋转子组成涡卷以及构成这个涡卷的端板所形成的空间来压缩气体的回转式压缩机。工作时，随着曲轴的回转，涡旋转子以其中心始终绕涡旋定子中心作一偏心量为半径的圆周运动。它与往复活塞式压缩机相比，其主要特点是：压缩气体几乎不泄漏、不需吸排气阀、绝热效率可提高10％、震动小、扭矩变化小、噪音可降低5dB（A）、体积减小40％、重量减轻15％。它适用于热泵式、吊顶型等空调机上。 系列柔性涡旋压缩机： 超高能效比
2.1声发射检测的基本原理 当材料或结构受应力作用时,由于其微观结构的不均匀及缺陷的存在,导致局部产生应力集中,造成不稳定的应力分布。当这种不稳定状态下的应变能积累到一定程度时,不稳定的高能状态一定要向稳定的低能状态过渡,这种过渡通常是以塑性变形、相变、裂纹的开裂等形式来完成。在此过程中,应变能被释放,其中一部分以应力波的形式释放出来,这种以弹性应力波的形式释放应变能的现象叫做声发射,也叫应力波发射。固体材料产生局部变形时,不仅产生体积变形,而且会产生剪切变形,因此会激起两种波,即纵波(又称压缩波)和横波(剪切波)。产生这种波的部位叫作声发射源。这种纵波和横波从声发射源产生后通过材料介质向周围传播,--部分通过介质直接传到安放在固体表面的传感器,形成检测信号,还有一部分传到表面后会产生折射,一部分形成折射波返回到材料内部,另一部分则形成表面波(又称瑞利波),表面波沿着介质的表面传播,并到达传感器,形成检测信号。通过对这些信号进行探测、记录和分析就能够实现对材料进行损伤评价和研究。其原理如图所示 图2.1 声发射检测原理 Fig.2.l AE detecting schematic 材料在应力作用下的变形与开裂是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源,通常称为传统意义上的声发射源。近年来,流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源,也归到声发射源范畴,称为其它声发射源或二次声发射源。 2. 2声发射信号处理 声发射信号是一种复杂的波形,包含着丰富的声发射源信息,同时在传播的过程中还会发生畸变并引入干扰噪声。如何选用合适的信号处理方法来分析声发射信号,从而获取正确的声发射源信息,一直是声发射检测技术发展中的难点。根据分析对象的不同,可把声发射信号处理和分析方法分为两类:一是声发射信号波形分析,根据所记录信号的时域波形及与此相关联的频谱、相关函数等来获取声
声发射传感器的原理、分类、结构和校准 记得前段时间有人问声发射传感器相关的问题的,现贴这篇文章，涵盖 了声发射传感器的原理、分类、结构和校准方法，希望能解答其疑惑.声发射传感器的作用是接收材料或结构内部的声发射信号。压力容器、 储罐、热交换器、管道、反应器、航空推进器、核电站的设备等许多类 型的结构都可以用声发射进行监测。在所有的应用中，声发射传感器是连接结构与声发射仪之间的桥梁，所以，声发射传感器的性能对测试是非常重要的。下面就声发射传感器的原理、分类、结构以及校准等方面进行综述，希望对大家认识了解和选择声发射传感器有一定的帮助。 1、声发射传感器的原理 传感器将声发源在被探测物体表面产生的机械振动转换为电信号, 它的输出电压V(t,x)是表面位移波U(x,t)和它的响应函数T(t)的卷积: T(t) V(t,x)=U(t,x) 理想的传感器应该能同时测量样品表面位移(或速度)的纵向和横向分量, 在整个频谱范围内(0～100MHz或更大)能将机械振动线性地转变为电信 号, 并具有足够的灵敏度以探测很小的位移(通常要求≤10-14m)。 目前人们还无法制造上述这种理想的传感器，现在应用的传感器大部分 由压电元件组成，压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡等多晶 体和铌酸锂、碘酸锂等单晶体，其中，锆钛酸铅（PZT－5）接收灵敏 度高，是声发射传感器常用压电材料。铌酸锂晶体居里点高达1200℃， 常用作高温传感器。 传感器的特性包括：频响宽度、谐振频率、幅度灵敏度，这些特性受许 多因素的影响，包括：①晶片的形状、尺寸及其弹性和压电常数；②晶 片的阻尼块及壳体中安装方式；③传感器的耦合、安装及试件的声学特 性。 压电晶片的谐振频率（f）与其厚度（t）的乘积为常数，约等于0.5倍波 速（V），即f?t＝0.5V，可见，晶片的谐振频率与其厚度成反比。 2、声发射传感器的分类 人们根据不同的检测目的和环境制造了不同性能和不同结构的传感器。 (1) 高灵敏度谐振式传感器: 谐振式高灵敏度传感器是声发射检测中使用最普遍的一种, 这种传感器具有很高的灵敏度, 可探测的最小位移可达到10-14m, 但它们的响应频率范围很窄, 且共振频率一般都位于50至1000KHz之间。
声发射检测技术 摘要：通过阐述声发射检测的基本原理,总结了声发射检测的特点。介绍了国内外声发射检测技术的发展历程和现状，并概述了声发射检测技术在压力容器、转动设备、航空航天工业、复合材料等方面的应用进展，提出了我国目前声发射检测急需解决的问题和发展趋势。 关键词：声发射；压力容器；复合材料 A Study on the Applications of Acoustic Em ission Technique Abstract:Based on the principle of acoustic em ission testing, the features of acoustic em ission testing technique are summarized. After an introduction to the history and present situation of acoustic em ission testing technology home and abroad, the authors havemade an review of the applications of acoustic e-m ission technique in pressure vessel, rotate facility, aviation and space-flight industry, and composite materials. The authors have also pointed out the problems to be solved and development trend of this field. Key words: acoustic em ission; pressure vessel; compositematerial 1 引言 自1964年美国对北极星导弹舱第一次成功地进行声发射检测以来，声发射技术受到了极大的重视，发展很快。美国、日本和欧洲一些国家将声发射用于压力容器试验或定期检修等，已达到了工业实用水平。在核容器与化工容器运行中的安全监测、复合材料压力容器检测、焊接过程研究等方面研究及应用也取得了很大成就。声发射技术于20世纪70年代初开始引入我国，正值是我国断裂力学发展的高峰，人们希望利用声发射预报和测量裂纹的开裂点。随后中科院沈阳金属研究所、航空航天部621所、机械部合肥通用机械研究院、武汉大学、航天部703所、上海交通大学等一些科研院所和大学开展了金属和复合材料的声发射特性研究。 2 声发射检测原理 声发射技术是一种评价材料或构件损伤的动态无损检测技术，它通过对声发射信号的处理和分析来评价缺陷的发生和发展规律，并确定缺陷的位置。 壶里的水快开时可以听到对流声，折断竹竿时可以听到噼啦的断裂声，打破玻璃可以听到清脆