中国的非常规天然气储量是常规天然气储量的数倍，探索小型撬装天然气液化装置对于开采利用非常规天然气、保证中国能源安全具有重要的实用价值。行波热声系统由于结构简单、可靠性高、能源适用性广等优势，在分布式天然气液化领域具有很好的应用前景。传统行波热声驱动脉管制冷机多采用惯性管气库作为制冷机调相结构，然而该结构会耗散制冷机出口声功，限制整机效率提升。本文采用直线电机替代惯性管气库结构对制冷机进行调相，提出了一种新型的热声驱动冷电联产系统。本文围绕这一新型热声热机，展开了数值计算与实验研究，研究主要包括以下几点:
　　1.直线电机阻抗特性研究
　　开展了针对本文提出的新型调相结构的数值模拟计算，分析了不同机电参数下，直线电机的阻抗特性，掌握了在脉管制冷机所需阻抗区间，直线电机阻抗随机电参数的变化规律。在此基础上，搭建了直线电机阻抗测试平台，系统的测量了直线电机阻抗随外接电容、电阻的变化情况。实验结果表明，电机阻抗完全能够满足脉管制冷机对出口阻抗的需求。同时还研究了不同输入功率下电机阻抗的差异以及多台电机阻抗的一致性。实验结果表明，不同输入功率下直线电机的阻抗会存在一定差异，但是在相同的输入功率下，多台直线电机间的一致性较为理想。
　　2.大功率电机调相脉管制冷机单元台研究
　　通过数值模拟，充分了解了不同直线电机机电参数下，直线电机与脉管制冷机的耦合特性。通过对制冷量、制冷机相对卡诺效率、回收电功、冷电联产(炯)效率等一系列指标的综合评价，确定了与脉管制冷机相匹配的直线电机机械参数与外接电阻电容。在此基础上，搭建了一台直线压缩机驱动的液化天然气温区大功率脉管制冷机实验台，开展了不同外接电负载下，单元台冷电联产性能测试实验。实验结果表明:制冷机最大可获得58％的冷电联产(炯)效率，此时制冷机以32.2％的相对卡诺效率在110K获得503W冷量，同时直线电机对外输出665W电功。实验结果证明了电机调相结构拥有与传统调相结构相媲美的调相能力，此外还具有传统调相结构所不具备的发电能力。
　　3.行波热声驱动冷电联产系统整机研究
　　开展了针对行波热声冷电联产整机系统的数值模拟计算。研究了热声发动机在不同负载阻抗条件下的输出特性，分析了不同谐振管尺寸对于发动机输出特性的影响。研究了发动机与脉管制冷机之间的匹配特性，充分了解了旁接型行波热声驱动脉管制冷机系统内部各参数的沿程分布并对比了回热器直径脉管制冷机与发动机匹配的差异。探究了充注工质变化时，发动机与制冷机回热器内部流动换热特性的改变规律。最后分析了发动机、制冷机、直线电机三者耦合时整机的工作特性，重点考察了电机回收制冷机出口声功发电对整机(炯)效率的提升，证明了新结构的优势。
　　在数值计算的基础上，搭建了一台行波热声冷电联产实验样机，对制冷机与发动机的耦合特性、环路系统中多单元之间的不一致性、调相电机外接负载对系统性能影响等方面进行了考察研究。实验结果表明:在工作压力6.0MPa，制冷温度110K时，系统能够获得594W制冷量，热制冷(炯)效率7.4％，同时直线电机以56.2％的效率对外输出810W电功，整机冷电联产(炯)效率达到了13.1％。在不考虑电功输出时，该系统的(炯)效率已经达到国际一流水平;在考虑电功输出的情况下，系统冷电联产(炯)效率已远超同类型热驱动脉管制冷机的最高(炯)效率。