废热驱动环路热声系统：面向空调与发电的双功能高效能源转换技术

本文创新性地提出了一种废热驱动环路热声系统（HD-TAS-CCP），通过双引擎配置（TAE1/TAE2）和分支线性换能器（LA）的协同设计，实现了500°C中低温废热的高效利用。系统以4.0 MPa氦气为工质，在90.67 Hz频率下同步产出170 W电能和74.73 W制冷量（-10°C），热-电效率达29.22%，整体?效率54.01%，较传统系统效率提升31.07%。其突破性在于解决了中低温废热（200-600°C）利用时CCP（Combined Cooling and Power）系统的效率衰减难题，为发展中国家缺电地区提供了可持续能源解决方案。

　　

Highlight
这项研究展示了废热驱动环路热声系统的三大突破：

1. 低温高效运行：系统在500°C（773 K）热源下实现29.22%热-电效率，比传统热声技术降低工作温度100-200°C，整体效率提升31.07%。
2. 双功能协同优化：创新性的分支式线性换能器（LA）布局实现170 W电能与74.73 W制冷量（-10°C）同步输出，制冷系数（COP）达2.052，换能效率88.93%。
3. 运行稳定性：双引擎结构使系统在±25 K温度波动下仍保持82%性能，完美适配烹饪等实际场景的热源波动。

Axial distribution analysis of parameters for the waste heat-driven thermoacoustic system
轴向参数分布分析揭示了环路系统中声阻抗、声功率（W_ac）、相位差（φ）、速度振幅（|U|）和压力振幅（P₁）的动态博弈：

• 声阻抗在换能器分支点从1.62×10⁸ Pa·s/m³骤降至4.20×10⁷ Pa·s/m³，实现能量精准分流
• 相位同步通过TAE1→LA→TAE2→制冷器的级联设计维持行波相位，界面声能损耗<15%

Economic viability and environmental sustainability analysis
尽管初始投资较高（4360-5995美元/kW），但系统寿命周期内可减少38-42吨CO₂排放，在发展中国家缺电地区投资回收期<5年，兼具经济与环境双重效益。

Summary of waste heat-driven Loop thermoacoustic system performance
系统三大里程碑：

1. 能量转换：88.93%换能器效率打破传统76.4%的瓶颈
2. 温度适应性：在770-780 K热源与294-296 K环境温差下稳定工作
3. 声学控制：105-210 W声功率动态分配实现"制冷-发电"弹性调节

Conclusions, recommendations and future directions
该技术为资源受限地区提供了"废热变空调+电力"的一体化方案，未来需突破：

• 温度敏感度：拓展770-780 K外的稳定工作窗口
• 高压挑战：优化4.0 MPa氦气系统的安全设计
• 原型验证：通过实验测量声学特性与温度分布

（注：翻译严格保留pV、CO₂等专业符号，采用"热-电效率"等符合中文期刊表述习惯的术语）