热声发动机接入声学放大器的模拟研究

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气-液双作用行波热声发动机的数值模拟

ｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｃｎｉｅｗｉｈａ —ｉｕｄｏｐｉｇｏｃｌａｉｎｗａｎｍｅｉａｓｍｕａｅｔｌａｅｎｖｈｒａｏｓｉｅｇｎｔｇｓｌｑｉｃｕｌｎｓｉｌｔｏｓｕｒｃｌｉｌｔｄｗｉｈｏｄｄａｄｎｎｌａｅｏｄｔｏ．Ｆｉａｌｏ —ｏｄｄｃｎｉｉｎｓｎｌｙ，ｔｅｉｆｕｎｅｏｙｔｍ ’ ｒｍｅｅｎｏｓｓｅｃｎｈｒｏｃｕｔｏｈｎｌｅｃｆｓｓｅＳｐａａｔｒｉｃｎｉｔｎｙｏｔｅｍａｏｓｉｃｎ－ｃ
方程引行迭代计算求出最终解，于未知的参数，进对
图１气－双作用行波热声发动机模型图（液３机串联）
１连接管；．室温换热器；．热器；．热器；２主３回４加
可以设为猜测量，靶法求解。为了与今后的实验值打
行动计划（ＧＸ一ｗ一６）中国科学院理化技术研究所所长基金项目（Ｐ２１．１支持。ＫＣ２Ｙ３９、ＩＣ０１Ｏ）
作者简介：东辉，，４岁，士研究生。李男２博
２
低温
工
程
２１０２钲
ｖｒｉｎｐｒｏｍａｃｓａａｙｅｅｓｏｅｒｎｅｗａｎｌｚｄ．ｆ
Ｋｅｏｄｄｕｌ — ｃｉｇ；ｒｖｌｎ — ｖｈｅｍｏｃｕｔｃｅｇｎｇｓｌｕｉｏｐｉｇｏｃｌａｉｎ；ｕｐｔｙｗｒｓ：ｏｂｅａｔｎｔａｅｉｇｗａｅｔｒａｏｓｉｎｉｅ；ａ —ｉｄｃｕｌｎｓｉｌｔｏｏｔｕｑ

行波热声发动机的实验研究进展

行波热声发动机的实验研究进展
陈茂巨永林
（上海交通大学制冷与低温工程研究所上海２０４）０２０摘要基于热声效应发展起来的热声发动机是一种新型的完全没有机械运动部件，可利用低品位热源的环保发动机。近
年来，行波热声发动机由于热声转换效率高而受到各国学者的广泛关注。针对近十年来行波热声发动机的实验研究进展与典型样机进行了介绍，并对热声发动机的性能参数作了分析与总结，最后展望了行波热声发动机的发展趋势和应用前景。
ｙａｓｔｅｔａｅｉｇｗａｅｔｅｍｏｃｕｔｅｔｅｇｎａｔａｔｄｍｕｈａｔｎｉｎｄｅｔｓｉｈｒｎｉｈｅｃｅｃ．ｎｔｅｐｅｅｔｅ，ｈｖｌ — ｖｒａｏｓｉｈａｎｉｅｈｓａｔｃｅｃｔｅｔｕｉｎｅｅｔｈｇｆｉｎｙＩｒｓｎｒｒｎｈｃｒｏｏｔｉｈ
ｅｖｒｎｅｔｆｉｎｌａｈｎｅａｓａｏｍｅｈｎｃｌｖｇｃｍｐｎｎｓａｄＣｕｔｏｑａｉｅｔｏｒｅ．ｎｒｃｎｎｉｏｍｎ — ｅｄｙｍｃｉｅｂｃｕｅｉｈｓｎｃａｉａｒｔｍｏｉｏｏｅｔａｒｎｗｉｌｗｕｌｙｈａｕｃｓＩｅｔｎｎｎｈｔｓｅ
ＡｂｔａｔｓｒｃＴｈｈｒａｏｓｉｅｔｅｇｎｎｔｅｂｓｓｏｅｔｅｍｏｃｕｔｆｅｔｓｒｇｒｅｓａｎｗｙｅｏｒｍｉｉｇａｄｅｔｅｍｏｃｕｔｈａｎｉｅｏｈａｉｆｔｈｒａｏｓｉｅｆｃｅａｄｄａｅｔｐｆｐｏｓｎｎｃｈｃｉ

热声发动机用声学放大器的改进研究

ｏｄ，ｔｅｅｐｒｍｅｔｅｆｅｈｔｔｅｍｏｉｅｃｕｔｍｐｉｅａｅｒａｅａｏｓｉｏｒｌｓｆｅｔｖｌｈｘｅｉｎｓｖｒｉｄｔａｈｄｆｄａｏｓｉａｌｆｒｃｎｄｃｅｓｃｕｔｃｐｗｅｏｓｅｆｃｉｅｙ．ｉｉｃｉ
ＸａｏｇＱｕＬｍｎＳｎＤｒｉｇＷａｇＢＷａｇＨｉＹｎｉｉｉｏｕａｎｎｎｏｎｕ
（ｎｔｕｅｏｆｇｒｉｎａｄＣｙｇｎｃＥｇｎｅｉｇａｇｈｕ３０２，ＣｉａＩｓｉｔｆｒｅａｏｎｒｏｅｉｎｉｅｒ，Ｈｎｚｏ０７ｈｎ）ｔＲｅｉｔｎ１
ｓｒａｉｆａｔｅｍｏｃｕｓｉｎｉｅｓｇｉｃｎｌ．Ｈｏｖｒｈｉｏｌｍｆａｏｓｉｍｐｉｉｒｉｈｕｅｒｔｏｈｒａｏｔｃｅｇｎｉｎｆａｔｙｏｉｗｅｅ，ｔｅｍａｎｐｒｂｅｏｃｕｔｃａｌｅｓｔｅｆ
（江大学制冷与低温研究所杭州３０２）浙１０７
摘要：学放大器是一种可显著提高热声发动机输出压力振幅和压比的装置，声存在的主要问题
是声功损失过大。通过理论研究，出采用较大管径进一步提高声学放大器性能的方法，提称为改进型声学放大器。实验结果表明：声学放大器在大幅度提升输出压比的同时，该没有明显降低发动机内的压比和破坏发动机内部声场，能使发动机工作在较高的品质状态。采用变负载法测量声功的实验结果也表明，改进型的声学放大器有效地解决了声功损失过大的问题。关键词：热声发动机声学放大器声功

带压力放大器的驻波型热声发动机驱动RC负载

（江大学制冷与低温研究所杭州３０２）浙１０７
摘要：行了驻波型热声发动机压力放大器长度对系统性能的影响的模拟及实验研究，现压进发力放大器的实际最佳长度应该小于系统波长，并且受热声发动机的加热功率、－压力和负载大小的Ｘ作．
ｉｘｄ，ｏｃｌｔｎｒｑｅｃｓｆｅｉｓｉｌｉｇｆｅｕｎｙ，ｈａｉｇｔｍｐｒｔｒｎｄｉｐｔｐｗｅｏＲＣｌａｌｉｃｅｓｔｈｅｇｈａｅｔｎｅｅａｕｅａｎｕｏｒｔｏｄｗｉｌｎｒａｅｗｉｈｔｅｌｎｔ
影响；负载声阻固定的情况下，定范围内振动频率、热温度、在一加负载入口声功随着压力放大器长度
的增大而增大；力放大器可以提高负载入口声功和效率，本实验的热声系统中接入３４压力压在．５ｍ
放大器后，声发动机的效率由１４％提高到３３％。热．５．２关键词：波热声发动机阻容负载压力放大器驻
中图分类号：＇６１Ｔ６３Ｂ５，Ｂ６Ｉ文献标识码：Ａ文章编号：００６１２０）６０５０１０ —５６（０６０－３－５０
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２００６年第６期总第１４期５
低温工程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
ＮＯ６２０．０６ＳｕｍＮＯ５．１４

实验006 行波热声发动机性能测试

实验六行波热声发动机性能测试
一、实验目的
1、了解热声发动机的工作原理；
2、熟悉热声发动机试验装置，了解其主要部件的结构和功能；
3、测量压力振幅、温度和加热功率，了解热声发动机的起振过程。

二、实验原理
热声发动机是采用热声效应来工作的发动机。

热声效应是把热能转化为声能（或者相反过程）的特殊物理效应。

由于声能是机械能，它可以驱动脉管制冷机或者小型发电机进行工作。

回热器是热声发动机的核心部件，它是发动机中进行热功转换的地方。

热声发动机要工作必须满足两个条件：首先是在回热器中建立足够的温度梯度（即温度梯度大于临界温度梯度），其次结构和尺寸满足声学条件以建立合适的声场。

热声发动机的功能相当于线性压缩机，然而与常规压缩机相比，热声发动机有以下的优点：所需驱动源为低品位热源，可利用工业废热及太阳能驱动、热效率较高；2) 系统无任何运动部件，结构简单、制作及维护成本低，寿命长；3) 热声压缩机内部采用氮气或氦气等对环境无害的工质。

行波热声发动机内部结构图
三、实验步骤
1、对热声发动机抽真空，置换，然后充入工质；
2、开启冷却水路，检查实验装置的各部件连接、测量系统、各仪表、电源是否正常工作；
3、打开测试系统的各个仪表和界面；
4、开启加热器电源，调节调压器，使加热器在输入600W加热功率；
5、观察起振现象，记录起振温度和起振过程；
6、测量热声发动机输出压力振幅随着加热功率的变化曲线。

发动机进气消声元件设计与声学数值模拟的研究

ｔｎｐｒｏｍａｃｆｅｇｎｎｃｉｎｓｓｅ，ａｄｔｅｓｕｄｐｅｓｒｅｅｆｉｃｄｎｏｎｖｈｏｌｅｓｌｃｅｉｅｆｒｎｅｏｎｉｅｉｄｕｔｏｙｔｍｏｎｈｏｎｒｓｕｅｌｖｌｏｎｉｅｔｓｕｄｗａｅｓｕｄｂｅｅｔｄｉａｃｌｔｏｔｈｅａｏｓｉｍｐｄｎｅｏｕｌａｓｒｎｏｎａｙｃｎｉｉｎａｐｉｄｆｒｒｆｃｉｇｔｅｒａｃｕ－ｎｃｌｕａｉｎｗｉｈｔｃｕｔｃｉｅａｃｆｆｌｂｏｂｅｔｂｕｄｒｏｄｔｏｐｌｅｏｅｅｔｈｅｌａｏｓｌｎｔｈｒｃｅｉｔｓｏｄｕｔｏｙｔｍ．Ｃｏｓｄｒｎｈｆｅｔｆｏｅｉｇｂｕｄｒ，ｔｅｃｒｅｔｄｔｅｒｔｃｌｆｒ — ｉｃａａｔｒｓｉｆｉｃｉｎｓｓｅｃｃｎｎｉｅｉｇｔｅｅｆｃｓｏｐｎｎｏｎａｙｈｏｒｃｅｈｏｅｉａｍｕｏ
目前，气噪声主要的控制措施是在进气系统进中添加消声元件，以有效衰减进气口噪声。如何快
ｏｇｎｎｕｔｏｉｅｃｎｅｎｆＥｎｉｅＩｄｃｉｎＳｌｎｉｇＥｌｍｅｔ
Ｃｈｅｌａｎ Байду номын сангаасａｉｎｇ，ＧｕＣａｏｇ，ＷａｇＷｕｌ＆ＬｉＨｏｌａｎｓｎｎｉｎｎｇｉｎｇ
ＣｉａＡｔｍｔｅＴｃｎｌｇｎｅａｃｅｔ，Ｔａｊ３０６ｈｎｕｏｉｅｈｏｙａｄＲｓｒＣｎｅｏｖｏｅｈｒｉｎｎ０１２ｉ

声学放大器对热声发动机性能的影响

中图分类号：Ｂ５。Ｂ６Ｔ６ｌＴ６３文献标识码：Ａ文章编号：００５６２０）２０１－５１０￣１（０６０－０００
Ｉｆｕｎｅｏｃｕｓｉｍｐｌｅｎｐｅｆｒａｅｏｈｒｏｃｕｓｉｎｉｎｅｃｆａｏｔｃａｌｉｒｏｒｏｍｎｃｆｔｅｍａｏｔｃｅｇｎｅｉｆ
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２００６年第２期总第１０期５
低温工程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
ＮＯ２２０６．０ＳｍＮＯ５０ｕ．１
声学放大器对热声发动机性能的影响
孙大明邱利民谭永翔邓夏王波
（江大学制冷与低温研究所浙杭州３０２）１０７
摘要：声学放大器的声功传输能力以及其对热声发动机性能的影响进行了实验研究，现声对发
学发大器只有在一定条件下才能提高热声发动机的输出压比，当末端阻抗减小时其放大能力也减小。
Ａｂｓｒｃ：ｅａｏｓｉｏｒｔａｐｒａｉｎａｉｉｆａｃｕｓｉｍｐｉｅｎｔｎｕｅｃｎａｔｒｔａｔＴｈｃｕｔｃｐｗｅｒｎｓｏｔｔｏｂｌｙｏｎａｏｔｃａｌｆｒａｄｉｉｆｎｅｏｈｅ — ｔｉｓｌｍｏｃｕｔｃｅｇｎｅｗａｎｅｔｇｔｄｅｐｒｍｅｔｌｙＩｓｉｈｗｎｔｔｔｅａｏｓｉｍｐｉｅａｎｒａｅｔｅａｏｓｉｎｉｓｉｖｓｉａｅｘｅｉｎａｌ．ｔｓｓｏｈａｈｃｕｔａｌｆｒｃｎｉｃｅｓｈｃｉｏｐｔｐｅｓｒａｉｎｅｅａｎｃｎｔｏｓＩｓａｕｔｕｒｓｕｅｒｔｕｄｒｃｒｉｏｄｉｎ．ｔｍｐｌｙｎｂｉｔｅｒａｅｔｈｅｅｄａｏｓｉｍｐｄ— ｏｔｉｉｉｇａｌｙｄｃｅｓｓｗｉｔｎｃｕｔｉｅｆｉｈｃ

一种级联型热声发动机驱动的热声制冷机装置[发明专利]

(10)申请公布号 CN 101726133 A(43)申请公布日 2010.06.09C N 101726133 A*CN101726133A*(21)申请号 200910236404.X(22)申请日 2009.10.21F25B 23/00(2006.01)(71)申请人北京理工大学地址100081 北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人康慧芳郑宏飞(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人郭德忠杨志兵(54)发明名称一种级联型热声发动机驱动的热声制冷机装置(57)摘要一种级联型热声发动机驱动热声制冷机装置，包括：依次相连的发动机级终端谐振腔、发动机级谐振管、驻波级发动机单元、驻波段热缓冲管、行驻波级发动机单元、行波段热缓冲管、行驻波级制冷机单元、制冷机级谐振管和制冷机级终端谐振腔。

本发明综合利用了热声转换的两种机制，使声波的行波成分和驻波成分在行驻波级发动机单元中产生的热声效应均是热致声效应，在行驻波级制冷机中产生的热声效应均是泵热效应。

本发明使用了直线型布置，避免了声环流损失，同时使系统结构简单化；使用两级或多级发动机单元，提高了声能密度，同时也有效的提高了制冷量密度和降低了制冷温度，使系统结构紧凑化。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 6 页附图 2 页权利要求书CN 101726133 A1/1页1.一种级联型热声发动机驱动的热声制冷机装置，包括发动机级终端谐振腔(1)、发动机级谐振管(2)、驻波级发动机单元(16)、驻波段热缓冲管(6)、行驻波级发动机单元(17)、行波段热缓冲管(10)、行驻波级制冷机单元(18)、制冷机级谐振管(14)和制冷机级终端谐振腔(15)；其中，驻波级发动机单元(16)包括：室温端冷却器(3)、回热器(4)、高温端加热器(5)；行驻波级发动机单元(17)包括：室温端冷却器(7)、回热器(8)、高温端加热器(9)；行驻波级制冷机单元(18)包括：室温端冷却器(11)、回热器(12)、低温端换热器(13)；其特征在于，发动机级终端谐振腔(1)、发动机级谐振管(2)、室温端冷却器(3)、回热器(4)、高温端加热器(5)、驻波段热缓冲管(6)、室温端冷却器(7)、回热器(8)、高温端加热器(9)、行波段热缓冲管(10)、室温端冷却器(11)、回热器(12)、低温端换热器(13)、制冷机级谐振管(14)和制冷机级终端谐振腔(15)依次相连。

热声直线发电系统声学阻抗匹配机理与匹配性设计研究

热声直线发电系统声学阻抗匹配机理与匹配性设计研究1. 引言1.1 研究背景随着现代社会对能源的需求不断增加，热声直线发电系统已经成为一种重要的能源转换技术。

热声直线发电系统在实际应用过程中常常面临声学阻抗不匹配的问题，导致能量传输效率降低，甚至影响系统稳定运行。

研究声学阻抗匹配机理与匹配性设计是提高热声直线发电系统性能的关键。

目前，国内外在声学阻抗匹配方面的研究主要集中在理论推导和计算模拟方面，对于热声直线发电系统的实际应用仍存在一定的局限性。

有必要深入探讨热声直线发电系统的特点及声学阻抗匹配机理，提出有效的匹配性设计方法，并进行实验验证，为该领域的研究提供新的理论和实验支持。

通过对研究背景的探讨，可以为后续章节的研究内容奠定基础。

1.2 研究目的本研究的目的旨在探究热声直线发电系统的声学阻抗匹配机理及匹配性设计，提高系统的效率和性能。

通过深入分析声学阻抗匹配的基本原理和热声直线发电系统的特点，我们希望能够揭示声学阻抗匹配机理的内在规律，并探讨匹配性设计方法及其在实际应用中的效果。

本研究旨在为热声直线发电系统的声学阻抗匹配提供理论依据和实践指导，为系统的声学性能优化和工程应用提供支持。

通过实验验证和研究成果总结，我们致力于发现问题并提出展望，以推动热声直线发电系统声学阻抗匹配领域的发展，提高系统的整体性能和可靠性。

1.3 研究意义研究意义：声学阻抗匹配在热声直线发电系统中起着至关重要的作用。

通过对声学阻抗匹配机理和匹配性设计的深入研究，可以帮助我们更好地理解热声直线发电系统的工作原理和性能特点，进一步优化系统设计，提高系统的能量传输效率和输出性能。

研究声学阻抗匹配还可以为热声直线发电系统的应用拓展提供理论支持，促进其在能源领域的应用和发展。

深入研究热声直线发电系统声学阻抗匹配机理与匹配性设计，具有重要的理论和实际意义，有助于推动相关领域的科学研究和技术创新。

通过本研究，我们可以为热声直线发电系统的性能优化和工程应用提供有益的参考和指导，促进该领域的进一步发展和应用。

声学放大器对热声发动机性能的影响

声学放大器对热声发动机性能的影响
孙大明;邱利民;谭永翔;邓夏;王波
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2006(000)002
【摘要】对声学放大器的声功传输能力以及其对热声发动机性能的影响进行了实验研究,发现声学发大器只有在一定条件下才能提高热声发动机的输出压比,当末端阻抗减小时其放大能力也减小.声学放大器本身也是一个声学阻力部件,如果仅以负载引出功计算热声发动机的效率,声学放大器在输出端负载阻抗较大时能够提高系统热效率,当负载阻抗减小后,它将使发动机的热效率急剧降低.
【总页数】5页(P10-14)
【作者】孙大明;邱利民;谭永翔;邓夏;王波
【作者单位】浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TB651;TB663
【相关文献】
1.Gedeon声直流对四级行波热声发动机性能的影响 [J], 黎明;封叶;汤珂;金滔
2.热声发动机用声学放大器的改进研究 [J], 肖勇;邱利民;孙大明;王波;王虎
3.热声发动机接入声学放大器的模拟研究 [J], 曹卫华;陈国邦;包锐;汤珂;贾正中
4.热端温度对热声发动机性能影响的数值研究 [J], 张楷;刘益才;谢海波;王寿川;刘亚强;武曈
5.带声学放大器的行波热声发动机声阻抗特性 [J], 董世充;徐漠北;沈国清;张世平;安连锁
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行波型热声发动机的二维数值模拟研究

行波型热声发动机的二维数值模拟研究解丹;张世强;赵巍;李洪宇【摘要】基于线性热声理论与动力学基本方程建立了热声发动机的二维一阶频域数学模型,并根据有限元中的加权余量法将数学模型转化为便于求解的矩阵形式.运用MATLAB软件自主编程,对行波型热声发动机系统内的声场特征进行了二维数值模拟.结果表明,在谐振管内,一阶各波动量呈现良好的正弦曲线分布现象.在回热器单个流道内,从冷端到热端,由于存在较大的阻抗,压力振幅与温度振幅有明显的下降,而速度振幅则逐渐升高.【期刊名称】《辽宁科技大学学报》【年(卷),期】2019(042)002【总页数】7页(P142-148)【关键词】热声发动机;数值模拟;有限元;加权余量法【作者】解丹;张世强;赵巍;李洪宇【作者单位】辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TK402热声发动机是基于热声技术发展起来的一种新型热机，与传统的发动机相比，有不可比拟的优点。

热声发动机结构简单并且无运动部件，从根本上解决了因运动部件带来的磨损与振动问题，保障了其运行的稳定性[1]。

采用的工质环保、清洁、无污染[2]。

利用工业余热、太阳能、风能等低品位能源作为声功转化的来源，提高了能源的利用效率，达到了节能减排的效果[3]。

热声发动机包括行波型热声发动机与驻波型热声发动机[4-5]。

相比于驻波型热声发动机，行波型热声发动机具有更高的热功转化效率。

因此，行波型热声发动机的应用与发展成为近十几年的研究热点[6]。

另外，在数值模拟方面，很多研究工作着重求解气体介质在热声系统内轴向上的压力与体积流率的分布情况[7-8]，并未将轴向波动速度与径向波动速度分别进行求解。

为了更加清楚地了解热声系统内的声场分布特性，为非线性热声理论[9]的发展提供参考依据，本文在一维模型上进行拓展，同时考虑了轴向与径向各波动量的分布现象，建立了二维频域数学模型以及有限元求解模型，并运用MATLAB软件自主编程对行波型热声发动机系统内的声场特性进行了模拟研究，获得了系统内一阶波动量的分布情况，着重对内谐振管与回热器的热声声场分布进行了详细分析。

行波型热声发动机的数值模拟实验

行波型热声发动机的数值模拟实验李晓明;梅宏昆;高鹏;孔晓莉【摘要】首次采用有限元法(FEM),对行波型热声发动机实验系统进行了数值模拟,以线性热声理论作为计算模型,且与实验系统具有相同的几何结构和运行工况,同时采用有限元方法中的加权余量法对计算模型进行求解,通过自主编写的MATLAB计算程序,对热声系统进行一系列的迭代计算,计算结果成功观测到了行波型热声发动机系统内复杂的声场分布特性和流场特性.计算结果与实验结果的对比验证了有限元方法对行波型热声发动机模拟的有效性.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】6页(P57-62)【关键词】行波;热声发动机;有限元【作者】李晓明;梅宏昆;高鹏;孔晓莉【作者单位】辽宁科技大学材料与冶金学院鞍山 114051;辽宁科技大学材料与冶金学院鞍山 114051;河北大唐国际唐山热电有限责任公司河北063000;辽宁科技大学材料与冶金学院鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TB651热声学在理论和技术不断发展，应用这些理论和技术所指导的实验也取得了很多有意义的成果。

可是由于热声系统内在机理的复杂性，目前的热声理论仅仅适用于小振幅的热声震荡[1]，并且对于热声自激振荡[2]的工作机理很难解释清楚，给热声热机的数值模拟带来很多困难。

近些年来，随着计算机技术的高速发展以及有限元方法[3]自身的优越性使得其在科学和工程领域的应用较为广泛。

因此，本文首次采用有限元方法对行波型热声发动机系统进行数值模拟，计算采用MATLAB仿真软件自行编写程序[4]，通过计算，得到了发动机内部的声场分布。

计算结果与实验结果的对比验证了有限元法对热声发动机模拟的有效性。

2.1 物理模型本文模拟计算的物理模型为行波热声发动机系统，如图1所示，其主要结构参数和物性参数见表1和表2。

如图1所示，系统依次布置为同轴心管, 反馈管、喷射泵、主水冷器、板叠、加热器、热缓冲管、次水冷器和谐振管。

热声发动机输出特性研究的开题报告

热声发动机输出特性研究的开题报告
热声发动机是一种利用声波能量进行工作的发动机，它具有高能量转换效率和低污染排放的特点，因此备受关注。

本次开题报告旨在研究热声发动机的输出特性。

首先，热声发动机的输出特性包括功率、效率和排放等方面。

该发动机的工作原理是利用高温气体在热声效应下的扩散和振荡，从而将热能转变为动能。

因此，热声发动机的功率和效率受到多种因素的影响，如工作状态、声频、气体压力等。

此外，热声发动机作为一种新型发动机，其排放特性也需要进行研究和分析。

其次，本次研究将采用数值模拟和实验研究相结合的方法。

数值模拟将通过ANSYS Fluent软件建立热声发动机的三维计算模型，分析热声效应对发动机内气体流场、振动和声波特性的影响。

实验研究将通过搭建热声发动机试验台，并采集其输出特性数据，验证数值模拟结果的可靠性和准确性。

最后，本次研究的成果将为热声发动机的优化设计、性能提升和应用推广提供参考。

同时，也将为新能源发动机领域的发展做出贡献。

在研究中可能会遇到的问题包括热声发动机内部气体流场和声场的复杂性，实验数据的获取和分析难度等。

针对这些问题，我们将采用合理的方案和方法，并借助前人研究成果和专业知识进行优化和完善。

综上所述，本次研究将从热声发动机的输出特性入手，旨在深入探究其工作原理和优化设计，提高其性能和应用价值。

热声效应及其应用研究进展

热声效应及其应用研究进展打开文本图片集摘要：热声效应是一种热与声相互转化的现象，涉及复杂的非线性因素，而热声机械无运动部件，有着广阔的应用前景。

为加深对热声效应的研究，文中首先介绍了热声理论的研究进展状况，分析了各个理论的局限性及适应性，接着从实验研究及数值模拟两方面总结了现有的研究方法及其取得的研究成果，之后详细阐述了热致声与声致冷2种效应的应用。

最后，基于当前的研究现状，分析了热声理论在研究与应用方面存在的问题与遇到的挑战，讨论了热声转化的發展趋势。

结果表明，建立科学的适用于大振幅热声效应的理论方法是发展推广热声效应的难点和重点，而数值模拟与实验研究的有效结合是推进热声理论发展的强有力手段，虽然目前热声机械还只停留在实验室研究，但凭借热声转换的独特优势，热声装置将会是清洁能源、航空航天、消防等行业的重要应用技术。

关键词：热声效应；热声理论；热声应用；热声轰燃探测器；数值模拟中图分类号：TB61文献标志码：A0引言在可压缩流体介质中（第一介质），热声效应是指时均热流与时均声流通过具有温度差的固体壁（第二介质）相互转化，热声机械就是利用热声效应，实现一般的使用目的。

早在200多年前，人们就发现热与声之间的微妙关系，其中，Putnam在其综述提到“歌焰现象”，即将两端开口管的一端靠近燃烧的氢火焰时，开口管会发出像风琴管一样的声音[1]。

人们开始定性的研究热声现象，其中比较著名的有Soundhauss管[2]与Rijke管[3]，但是这些实验中观察到的振荡很弱，较为强烈的声振荡研究是在Ceperley提出的热声Stirling发动机，他将声波代替传统Stirling发动机的运动部件，在理论上可以达到卡诺效率[4]。

1999年，Swift与Backhauss建立的新型热声Stirling发动机能够达到41%的相对卡诺效率，并获得了美国当年的“R&D100”奖[5]，这对热声效应的研究产生极大的鼓舞。

驻波型热声发动机起振机理的理论与实验研究的开题报告

驻波型热声发动机起振机理的理论与实验研究的开题报告一、研究背景热声发动机是一种利用气体热声效应产生振动能的发动机，具有结构简单、转化效率高、实现无污染等优点，在能源利用和环保领域具有广泛应用前景。

其中，驻波型热声发动机由于具有更高的转化效率和更广阔的工作范围而备受关注。

然而，驻波型热声发动机普遍存在起振现象，即在一定操作条件下，发动机内发生热声振荡，并产生大幅度的振动和噪声。

这会对发动机的性能、寿命和安全产生重要影响，因此需要深入研究驻波型热声发动机的起振机理，开发出可靠的控制方法。

二、研究目的本研究旨在探究驻波型热声发动机的起振机理，建立驻波型热声发动机的数学模型，并利用实验验证模型的有效性。

通过对发动机内气体流动、压力波传播和振动等物理过程的分析，揭示发动机的起振机理，从而为控制发动机的起振提供理论支持。

三、研究内容1.分析驻波型热声发动机内气体流动和压力波传播的物理机制，建立发动机的数学模型。

2.研究发动机的固有振动和耦合振动特性，分析发动机的起振机理。

3.设计实验平台，测试发动机的振动、压力和流量等参数，验证模型的有效性。

4.通过实验观测和数值模拟，研究发动机的起振特性，分析不同操作条件下的发动机起振机理和振动特征。

四、预期成果通过本次研究，预计可以深入揭示驻波型热声发动机的起振机理，建立发动机的数学模型，并验证模型的有效性。

同时，可以获得发动机的振动、压力和流量等参数的测试数据，为进一步研究发动机的控制方法提供有力支持。

五、研究意义本研究可以为驻波型热声发动机的设计、优化和控制提供理论支持和技术手段，为发动机的性能和工作范围的进一步拓展提供保障。

同时，本研究可以为气体热声效应的应用和气体流动的研究提供有益参考。

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Ｓｍｕａｉｎｏｅｔｅｍｏｃｕｔｎｉｅｗｉｎａｏｓｉｍｐｉｅｉｌｔｆｔｈｒａｏｓｉｅｇｎｔａｃｕｔａｌｒｏｈｃｈｃｉｆ
ＣｏＷｅｈａｈｎＧｏａｇ，ＢｏＲｕ，ＴａｇＫｅｉｈｎｚｏｇａｉｕ，Ｃｅｕｂｎａｉｎ，ＪａＺｅｇｈｎ
望成为２世纪完全无运动部件的新型热机，１引起各国科研工作者和工业界的强烈关注。中科院理化所罗二仓、胡剑英等人在２ｏ年９０５月报道了在热声发动机上安装声学放大器可以大幅度提高热声发动机的压比。他们采用２５ＭａＪ．Ｐ的氮气在一台聚能型行波发动机上进行了实验，实验表明安装声学放大器后可以将压比从１２提高到１４．５．７以上。同年１月戴巍、０罗二仓等人又将声学放大器用于热声发动机驱动脉
管制冷机的实验中，ｊ在平均压力２４Ｍａ加热功率１６ｋ的情况下得到了６．Ｋ的最低制冷温度。但由于．６Ｐ，．７Ｗ５７
系统复杂的动力学特性以及非线性的增强，对声学放大器目前还没有系统的理论研究以及完整的实验数据。基于此，本文利用热声模拟软件ＤＬＡＤｓｎＥｖｏｍｎｆｏＡｐｔｅＴｅｏｃｕｔｎｉｓ对带声ＥＴＥ（ｅｉｎｉｎｅｔｏＬｗ— ｍｌｕｈｒｏｓｃｇｅ）ｇｒｒｉｄｍＡｉＥｎ学放大器的驻波型热声发动机进行了模拟计算。 ’
（ｎｔｕｅｏＲｆｇｒｏｄＣｙｇｎｃ，ｈｊｇＵｉｍｔ，ａｇｈｕ３０２ＣｉａＩｓｔｆｅｉａｎａｒｅｉＺｅａｎｖｉＨｚｏ１０７，ｈｎ）ｉｔｒｅｔｎｉｏｓｉｎｅｙｎ
Ａｂｔａｓｒ￣：ｅｓｎｉｇ—ｗｖｈｒａｏｔｎｉｅｔｃｕｔｍｐｉｅｕｒｃｌｉｌｔｄｔｄｎａａｅｔｅｍｏｃｎｉｅｇｎｌａａｏｓｃａｌｒｉｎｍｅｉａｌｓｍｕａｅ．ＴｅｒｌｔｎｈｐｍｏｇＯ・ｓｃｌｎｉｉｆｓｙｈｅａｏｓｓａｎＳｉｉ
第４期
低温技术
Ｃｙｇｎｃｒｏｅｉｓ
・５２５・
这里ｒ称为声压反射系数，ｒＩＰＩ表示它的绝对值，表示反Ｐ射波与入射波在界面处的相位差。把公式（）２两式相加１和（）
国家实验室Ｂｃｈｕ和Ｓｉ在《ａｒ）发表论文，ａｋａｓｗｆＮｔｅ上ｔｕ报道研制成一台热声斯特林发动机… ，其热效率高达０．
３，０可以同内燃机（．５— ．０以及传统的活塞式斯特林发动机（．０— ．８相媲美，０２０４）ｃ２０３）Ｉ这意味着热声发动机有
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低温与超导第３４卷第４期
低温技术
Ｃｙｇｎｃｒｏｅｉｓ
Ｃｙ．Ｓｐｒｏ．ｒｏ＆ｕｅｃｎＶ１３Ｎｏ４ｏ．４．
热声发动机接入声学放大器的模拟研究
ｃｌｏｅｕｎｙｐｅｓｒａｅａｐｉｄ（ａｏａｄｔｅｓｅ（ｅｇｄｄａｅｅ）ｏｅａｏｓｃａｐｉｅｒｏｔｎｄｉｔｎｆｑｅｃ，ｒｕｅｗｖｌｕｅｒｔ）ｎｉ１ｎｔａｍｔｌｉｒａｓｍｔｉｈｚｈｎｉｒｆｈｃｕｔｍｌｒａｂａｅ．ｔｉｉｆｅｉ
２声学放大器原理４］
设有一平面波在一根有限长的、截面积均匀的管子中传播，管子的截面积为Ｉｓ。如果管子末端有一任意声学
负载，它的表面法向声阻抗为ｚ，。一般为复数。由于管端有负载，一部分声波要受到反射，一部分声波要被负载
所吸收。
为了处理方便，我们把坐标原点取在管末端的负载处，如图１所示。设入射波与反射波的形式分别为：
（）３
基金项目：国家自然科学基金（Ｏ３ｏ３；５５６４）教育部高等学校博士学科点专Ｊ￣．
收稿日期：０６—０２０３—３１
作者简介：曹卫华，，８年出生，男１１９在读硕士生，主要从事热声驱动脉管制冷的模拟及实验研究。
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Ｐ＝ｉｆＰｅ（Ｐ＝。，Ｐ，（）１（）２
反射波Ｐ的产生是由管端的声学负载引起的，它同人射波Ｐ。之间不仅大小不同，而且还可能存在相位差，
一０５３５４）２００３０７。
曹卫华，陈国邦，包锐，汤珂，贾正中
（浙江大学制冷与低温研究所，杭州３０２）１７０摘要：对带声学放大器的驻波型热声发动机进行了数值模拟。得出了系统频率、比等参数随声学放大器尺寸压
的变化关系。
关键词：；热声声学放大器；模拟
Ｋｅｗｏｄ：ｅｍｏｃｕｔｃｙｒｓＴｒａｏｓｉ，Ａｃｕｔｐｉｅ，Ｓｍｕａｉｎｈｏｓｉａｌｒｉｌｔｃｍｉｆｏ
１引言
热声发动机是将热能转化为机械能，整机除振动工质外，没有任何运动部件。１９９９年，国洛斯一美阿拉莫斯