二维平板内驻波声流对传热的影响

二维平板内驻波声流对传热的影响
摘要：发展趋势表明，电子产品和机械装置的性能受到近场声流作用的影响越来越大，这就要求我们更多地了解内部驻波声流对传热的影响，以改善设计和优化性能指标。

在本文中，在二维平板内考察驻波声流对传热的影响，其中考虑了空气中的自由层声速影响，以及由紊流场引起的温度变化，并通过解析计算的方法进行了验证。

由于驻波声流的存在，空气层的传热性能显示出了较低的温度梯度，传热率也有了有效的改善。

结果表明，当自由层声速增加时，空气层的传热率也随之增加。

关键词：二维平板；驻波声流；传热；自由层声速
第一章论
1.1究背景
随着电子技术和机械工程的迅猛发展，电子产品和机械装置的性能受到外来因素的影响，尤其是近场声流作用，这要求人们更多地了解它对传热的影响，从而有效地改善设计并优化性能指标，这对研究驻波声流对传热的影响有着积极的意义。

1.2究意义
在自然界，空气层承受着各种外来声流作用，例如自然风流、地热流、海气流等，并且其传热模式也是诸多研究的重点问题。

近场声流流动过程中，由于固体和流体之间的耦合，形成驻波声流，驻波声流势场中有可能存在热点，从而影响空气层的传热模式，会导致热源和热力学性质的变化，从而影响空气层的传热性能，因此研究驻波声
流的传热影响就显得格外重要。

1.3究内容
本文的研究目标是分析二维平板内驻波声流对传热的影响，考虑空气中的自由层声速影响，以及由紊流场引起的温度变化，运用声学热力学理论，采用解析计算的方法，模拟驻波声流对传热的影响，探索驻波声流传热性能变化的规律，为以声流作用驱动的空气层热传输机理研究提供理论依据。

第二章波声流传热过程分析
2.1本模型
考虑二维平板内，横向宽度为L，纵向深度为H，相对于x-y坐标系，横向为y轴，纵向为x轴，在空气层中存在着一个无限长的矩形波声模，声波的方向垂直于平板，在平板上和平板下各有一个弹性体，平板的边界为密封边界。

振动场分析结果显示，在驻波声流中，激发的频率和空气层声速的关系可以分两种情况，其一是自由层声速较低，其二是自由层声速较高，其中自由层声速较低时，声波模型为宽波模，其传播性质将趋近于1维声波，然而自由层声速较高时，传播声波可能受到2维效应的影响，声波向不同的横向方向传播，所以会伴随更多的反射，模式变得更加复杂。

2.2气层温度梯度
空气层中的温度梯度是由温度场决定的，考虑了空气层中的驻波声流，假定空气层中的热力学性质与声场性质相分离，分别由温度场
和声场表示，温度场方程可以写成：
△T(x, y)=K2T(x, y) + q(x, y) (1)
式中，T(x, y)为空气层温度，K为空气层的热传导系数，q(x, y)表示空气层的热量源，可由声流引起的温度变化计算得到。

2.3波声流传热
采用解析计算方法，模拟二维平板内驻波声流的传热过程，分别考虑自由层声速的影响，研究不同条件下，空气层的传热性能变化情况，结果表明，当自由层声速较低时，在声模上将出现明显的热点，由紊流场引起的温度变化也有加剧作用，使声模温度变化显著，从而使得空气层出现较低的温度梯度，而传热率也有了有效的改善；当自由层声速增加时，空气层的传热率也随之增加。