热声效应
长脉冲微波热声效应的实验研究
Ｔｈ ｅ ｒ ｍｏ — Ａｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ
Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ — ｙ ｕ，ＬＩ Ｓ ｉ — ｍｉ ｎ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｙａ ｎ — ｇ ａ ｎ ｇ ，ＬＯＮＧ Ｘｉ ａ ｏ — ｌ ａ ｎ，ＹＡＮ Ｈｕ ａ ｎ，Ｆ Ｕ Ｗｅ ｎ — ｊ ｉ ｅ ，ＬＩ Ｘｉ ａ ｏ — ｙ ｕ ｎ
ｔ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｕｎ ｄｅ ｒ ｔ ｈｅ ｉ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ ｐｕ ｌ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｐｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏｗ ａ ｖｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏｎ ｉ ｃ ｓ ｉ ｇｎ ａ １ ． Ｔ ｈｅ ｓ ｅ ａ ｃ ｏ ｕｓ ｔ ｉ ｃ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖｅ — Ｉ ｎ ｄｕ ｃ ｅ ｄ Ｔｈｅ ｒ ｍｏ — Ａｃ ｏ ｕｓ ｔ ｉ ｃ（ ＭＩ ＴＡ）Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ａ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｐｈｅ ｎｏ ｍｅ ｎｏ ｎ ｔ ｈａ ｔ ｂｉ ｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ １
摘要 ： 微 波 热 声 效 应 是一 种 生 物 组 织 在 微 波 脉 冲 信 号 的照 射 下 向外 辐 射 声 波 信 号 的特 殊 现 象 ， 产 生 的 声 波 信 号 携 带 着 生
物组 织 对 微 波 信 号 的 吸 收 特 性 ， 以 及 生 物 组 织 吸 收 微 波 能 后 发 生 的一 系 列 生 物 化 学 物 理 反 应 的 变 化 等 信 息 。本 文 介 绍 了 电 子科 技 大 学 设 计 、 搭 建 的 一套 脉 冲 宽 度 ６ ｍｓ ， 功率约 ８ Ｏ Ｏ Ｗ 的长 脉 冲 微 波 热 声 效 应 实 验 系 统 ， 并介绍 了初 步实验研究 结果 。 结果 表明在长脉冲条件下 ， 微 波 热 声 效 应 与 微 波 的 脉 冲特 性 有 复 杂 的 关 联 性 ， 内涵丰 富的物 理化学机 制 ， 具 有 很 大 的 潜 在 研 究 价值 。 关键词 ： 微波 ； 声波 ； 长脉 冲 ； 数 据 处 理 中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ２ ４ ． ７ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２ —８ ９ ３ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ －０ ０ ０ ７ —０ ３
热声理论的研究及其发展
X热声理论的研究及其发展金 滔 陈国邦 应哲强(浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027)【摘要】回顾了热声研究的历史以及所取得的成就。
介绍了各主要热声研究及开发单位的研究现状和动态,指出了存在的一些问题和现阶段研究的热点。
关键词:热声学 脉管制冷机 热声驱动器 热声制冷机1 前言热声现象早在200多年前就已经被发现,然而热声学研究的繁荣却只是最近50年的事。
N .Rott 首次对热声现象进行的定量分析是现代热声学研究中一大里程碑式的成就,大大激起了人们从事热声研究的兴趣。
尤其在最近20年,热声现象在制冷领域的应用成了一大热点,这是由于热声制冷机和热声机驱动的脉管制冷机具有结构简单、振动部件少和运行寿命长等优点[1];此外,它们使用的无公害工质(如惰性气体等)也是同制冷技术中禁用CFCs 和HCFCs 的趋势相一致的。
本文试图通过介绍国内外主要的热声研究和开发机构的各具特色的工作,以了解热声研究的最新动态和发展概况。
2 热声效应及热声研究历史2.1 热声效应简单地说,热声效应就是热与声之间相互转换的现象。
从声学角度来说,它是由于处于声场中的固体介质(有时称之为第二介质)与振荡的流体之间相互作用,使得距固体壁面一定范围内沿着(或逆着)声传播方向产生一个时均热流,并在这个区域内产生或者吸收声功的现象。
按能量转换方向的不同,热声效应可以分为两类:一是用热来产生声,即热驱动的声振荡;二是用声来产生热,即声驱动的热量传输。
只要具备一定的条件,热声效应在行波声场、驻波声场以及两者结合的声场中都能发生。
如人们初悉热声效应时发现的Rijke 管和Sondhauss 管就可分别视为是行波声场和驻波声场。
2.2发展历史人们对热声现象的认识已有200多年的历史了。
早在1777年,Byr on Higgins 就在实验中发现,将氢火焰放在两端开口的垂直管的适当位置,管中会激发声音。
吹玻璃工人则发现当一个玻璃球连接到一根中空玻璃管上时,管子的尖端有时会发出声音。
热声制冷技术中的物理知识探究
热声制冷技术中的物理知识探究热声制冷技术就是利用热声效应将高强度的声能向热能方向转变的一种技术。
热声制冷技术的起源要追溯到1777年Byron Higgins在实验中的一次意外发现：在做实验的时候，他一不小心让燃烧着的氢气接触到了两端开口的大管子，结果管子里发出像吹风琴一样的声音。
当时他把这种现象形象地称为“歌焰”。
后来，Sondhauss和Rijke分别对一段开口和两端都开口的管子做了热声效应的研究，形成了后来以Sondhauss管为雏形的驻波热声发动机和以Rijke管为雏形的行波热声发动机。
如今，热声技术已经成为一个热门话题，其具有环保、长寿命、高效节能、简单轻便等明显的优势，其在制冷领域有着巨大潜力，备受关注。
1 工作原理热声制冷机最主要的部件是热声堆，热声堆主要起热交换的作用。
一定频率下，空气分子在热声堆中沿着热声堆的纵向在各叠层之间做往复来回运动。
如图1所示：空气分子在状态2中升温放出热量，在状态5中降温，吸收热量。
设起初时气团处在状态1，温度为T。
当声压增加时，气团向上动并且被绝热压缩，温度上升为T++到达状态2。
此时气团的温度要高于其附近热声堆的温度，就会把热量输给热声堆，温度降为T+到达状态3。
在声压降低的状态下，处在状态3的气团向下振动并且发生绝热膨胀，温度降低为T-到达状态4。
随着声压继续降低，气团继续向下振动并且继续发生绝热膨胀，温度降低为T---到达状态5。
对于状态5来说，此时气团温度就比其附近的热声堆的温度低，热量就会被输送给气团，温度升高为T--到达状态6。
状态6声压增强，气团向上运动并且被绝热压缩，温度上升为T到达状态1，这就是气团的一个运动周期。
在每一个振动周期中，气团都会从热声堆的下端吸收热量，在热声堆上端释放热量，完成垒热过程，这就是我们在实验室中所观察到的热声效应的基本原理。
接下来，从理工科基础课程知识出发介绍其物理理论内涵。
2 Rayleigh准则关于热声效应的理论研究最早是从1868年开始的。
热声效应的发现
热声效应的发现引言：热声效应是指当物体受热时，由于温度的升高，物体内部产生热胀冷缩现象，从而引发声音的发出。
热声效应的发现对于我们理解物体热力学性质以及声音传播的机制有着重要的意义。
本文将介绍热声效应的发现历程及其相关原理，以及该效应在实际应用中的一些例子。
一、热声效应的发现历程热声效应最早是在19世纪初期被发现的。
当时的科学家们对于物质的热力学性质有着浓厚的兴趣，他们想要了解热和声音之间是否存在着某种联系。
于是，他们进行了一系列的实验研究。
最早的实验是由法国物理学家塞瓦里克于1807年进行的。
他在实验中使用了一根金属棒，将其一端加热，而另一端则连接了一个听筒。
当金属棒受热时，听筒里发出了一种低沉的声音。
塞瓦里克随后又进行了一些类似的实验，发现不同材料的金属棒在受热时会发出不同音调的声音。
这些实验结果引起了科学界的广泛关注。
随后，英国物理学家塞尔兹尼克和法国物理学家德尔昆也相继在实验中观察到了类似的现象。
他们发现，当金属受热时，由于温度的升高，金属内部的分子开始振动，产生了声波，进而引发了声音的发出。
他们将这种现象称为热声效应，并开始深入研究其原理和特性。
二、热声效应的原理热声效应的原理可以用热胀冷缩的物理现象来解释。
当物体受热时，其温度升高，分子的平均动能增加，分子之间的相互作用力减小。
由于分子之间的相互作用力减小，物体的体积会发生变化，即产生热胀冷缩现象。
这种体积的变化引发了声波的产生，从而形成了声音。
具体来说，当物体受热时，其体积会增大，分子之间的相对距离也会增大。
这种体积的变化引起了物体中的气体或液体的压强变化，进而产生了声波。
这些声波在空气中传播，最终到达我们的耳朵，我们就能听到声音。
三、热声效应的应用热声效应在实际应用中有着广泛的用途。
以下是一些例子：1. 热成像技术：热声效应可以用于热成像技术中。
通过检测物体表面的温度变化，可以得到物体内部的热分布情况。
这种技术在医学、建筑、工业等领域有着重要的应用价值。
热声效应及其实验
热声效应及其实验
热声效应是物理学中有趣的一种现象，也被称作“声乐特性”、“声乐效应”等。
它
是指当声波和物质状态相结合时，声波的传播会受到某种影响，从而有不同的音质。
表现
出来的现象就是声音发出定位和回声，声音变得更加柔和。
热声效应一般不受人类介入而发生，而是由声波和物质状态相互作用产生而来。
这种
效应出现在不同物质表面或气体中，比如在空气中传播的声音，它回声和音色都会受到不
同气体组成的影响。
在墙面、玻璃子、木头和金属表面，由于反射率的不同，导致了音色
的不同，因此声音的音品也会受到不同物质表面的影响而加重春色中的声音效果。
如何观测热声效应及其实验呢？热声效应的实验一般需要一个很好的空间，因为声波
扩散在空间中，而不是在固定的表面上，所以环境的因素会非常重要。
实验空间一般要安静，比如会议室、电影院等，而且空气要比较干燥，以免影响实验结果。
实验空间就绪后，实验可以行动起来，首先需要一部可以发出声波的设备，这就需要
实验人员准备一些可以发出声波的东西，比如吹口哨、弹钢琴等。
然后，实验师可以多种
不同的材料试验，以研究不同类型的材料对声音传播影响的程度。
在实验过程中，实验人员需要采用话筒将声音传输到扬声器，以便实验观察。
同时，
实验师可以在物质表面放置一个小型拾音器，以便收集数据，重新分析。
通过热声效应的实验，可以更好的理解热声效应的奥秘，使用这些结果为后续的设计
和应用提供新的认识。
而且，藉由探索音质变化，这些结果也可以有助于设计好的音设备，从而为观众带来更流畅的视听体验。
热声效应及其应用研究进展
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" 图 ２ 驻波热声发动机热力过程 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｓｔａｎｄｉｎｇｗａｖｅ
ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃｐｒｉｍｅｍｏｖｅｒ
Ｔｐ为板叠温度；Ｔｇ为小气团温度； Ｔｈ为板叠高温端温度；Ｔｃ为板叠低温端温度
０ 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 博看网 . All样R的ig声ht音s［１R］e。se人rv们ed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。热声理论的研究于 １８６８年 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ由气 体与固体管壁的振荡传热计算管道中的声衰减开 始［６］，之后 Ｒｏｔｔ建立了线性热声数学模型，对热声 机械定量的研究有重要的意义［７］。从 １９９０年开 始，热声研究集中于非线性热声理论，尤其是研究 技术与研究方法的巨大发展带动非线性热声理论 的进步，从而可以科学地优化热声机械。
热声效应的发现
热声效应的发现热声效应是指由于温度差异而引起的声波传播现象。
它是声学中的一个重要现象，对于理解声波在不同温度环境下的传播特性具有重要意义。
热声效应的发现为我们揭示了声波传播的新特性，对于声学研究和应用有着深远的影响。
热声效应的发现最早可以追溯到19世纪初，当时科学家们开始注意到在温度梯度存在的环境中，声波的传播速度会发生变化。
这一现象首先被法国物理学家拉普拉斯在1801年观察到。
他在一次实验中发现，当声波从高温区域传播到低温区域时，声速会减小，而当声波从低温区域传播到高温区域时，声速会增大。
这个发现引起了科学界的广泛关注，被称为热声效应。
热声效应的原理是由于温度差异引起的空气密度变化导致声速的改变。
在温度梯度存在的环境中，空气的密度会随着温度的变化而发生变化。
当声波传播到温度较高的区域时，空气的密度较低，声波传播速度较快；而当声波传播到温度较低的区域时，空气的密度较高，声波传播速度较慢。
这种密度变化导致了声波传播速度的改变，从而产生了热声效应。
热声效应在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在大气科学中，热声效应对于理解大气中声波的传播和变化具有重要意义。
在医学领域，热声效应也被应用于超声波成像技术中，通过控制声波传播速度的变化，可以实现对人体组织的高分辨率成像。
此外，热声效应还被广泛应用于声学测量、声学信号处理等领域。
热声效应的发现不仅揭示了声波在温度梯度存在的环境中的传播特性，还为声学研究提供了新的思路和方法。
通过研究热声效应，科学家们可以更深入地理解声波的传播机制，进一步推动声学领域的发展。
同时，热声效应的应用也为工程技术提供了新的可能性，例如在声学隔音、声波控制等方面具有潜在的应用价值。
热声效应的发现为我们揭示了声波在温度梯度存在的环境中的传播特性，对于声学研究和应用具有重要意义。
热声效应的原理是由于温度差异引起的空气密度变化导致声速的改变。
热声效应在实际应用中有着广泛的应用，对于大气科学、医学成像等领域具有重要意义。
热声制冷技术：一种理想的制冷方案
热声制冷技术：一种理想的制冷方案一.热声研究的目的和意义八十年代以来，脉管制冷机的研究获得了突飞猛进的发展,两级脉管制冷机达到了1.7K。
但目前脉管制冷机离实用化、工程化还有一定的距离，其主要原因之一就是缺少与脉管制冷机相匹配的压缩机。
目前广泛采用的机械压缩机中仍然存在着运动部件，压缩机的性能将对脉管制冷机的性能产生直接的影响。
在这种情况下,采用热压缩机代替常规的机械压缩机来驱动脉管制冷机是一种理想的方案。
这种热声驱动脉管制冷机具有两个突岀的优点：・其一是制冷系统除流动工质外没有运动部件，从根本上消除了常规机械制冷机存在的磨损与振动；・其二是采用热能驱动，可用太阳能、燃气等作为热源。
采用低品位的热能不仅有利于提高系统的热力学效率，而且对于那些缺乏电能的场合则更具有实际意义。
此外，热声制冷机一般采用N2或He 作工质，属于绿色工质，对大气臭氧层没有破坏。
可见，热声压缩机是一种具有发展潜力的新型压力波发生器，在空间及输电困难但能提供热能的地方（如远海或荒漠中开采石油和天然气）有舂广泛的应用前景。
热声制冷机也可用扬声器来驱动,虽然这种制冷机也存在着运动部件（扬声器振动膜），但由于其不需要动密封，故无维修使用寿命比常规的制冷机要长，且与压缩机的活塞相比振动膜的振动要小得多。
若采用气体工质，则在那些需要较大温差、较小能流密度的场合有很大的应用前景；若采用近临界液相工质（如乙烯），则单位体积制冷量可与目前的常规蒸汽压缩制冷机相当，其清洁、可靠和低成本的特点使其在家用和工业制冷场合具有极大的竞争力。
同时，硏究热声压缩机还可以进一步开拓视野，丰富和完善热声理论，推动和发展回热式热机，还能让我们以一个全新角度去认识其它类型的热机，从而推动它们的发展。
以往的回热式热机循坏理论基于理想的热力学可逆过程，从能量守恒和动量守恒方程出发，忽略了流体工质的流动特性对流体与固相工质间热交换的影响,与实际的工况相差甚远，定量化程度不高，更不能为我们提供对其工作机理的了解。
热声制冷的基本原理
热声制冷的基本原理热声制冷是一种基于热声效应实现的制冷技术。
它利用气体在周期性膨胀和压缩过程中吸收和释放热量的特性，在低频声场中实现制冷效果。
热声制冷具有无需运动部件、低噪音、高可靠性和较高制冷效率等特点，因此在一些特定领域得到广泛应用。
热声制冷的基本原理如下：1. 热声效应：当声波通过气体介质传播时，将产生周期性的压缩和膨胀效应，使气体分子发生往复运动。
根据热力学第一定律，气体分子在压缩过程中会吸收热量，而在膨胀过程中则会释放热量。
2. 声波泵浦：热声制冷中的关键设备是声波泵浦，它通过声波作用将气体从低温端推向高温端。
声波泵浦通常由压电陶瓷和金属薄膜等材料构成，通过施加交变电压使压电陶瓷产生往复振动，从而产生声波传播到气体介质中。
3. 声波层流组织：通过精心设计声波泵浦的结构和气体流道，可以使气体介质形成一种特殊的层流组织，即声波层流组织。
声波层流组织是气体分子在声波泵浦作用下形成的一种周期性波动分布，它具有具有周期性的气体密度波动和相位波动。
4. 声波热流：在声波层流组织中，气体分子受到声波周期性膨胀和压缩的作用，从而产生周期性的热流。
当气体分子经历压缩过程时，吸收周围的热量；而在经历膨胀过程时，则释放热量。
这种热流的存在是热声制冷实现制冷效果的基础。
5. 声波声管：声波声管是热声制冷中用于传导声波的介质通道。
它通常由管道和薄膜等材料构成，通过精心设计的结构和材料选择，实现声波的最佳传播和吸收效果。
6. 制冷效果：当声波传播到声波声管中，声波层流组织会形成周期性的热流。
这种热流在声管两端的气体介质中产生周期性的热吸收和热释放。
通过适当设计的热交换器，将热力转移到外界，从而实现制冷效果。
热声制冷的制冷效果与声管结构、声波频率、工作气体等因素有关。
总之，热声制冷是利用声波作用使气体在周期性膨胀和压缩过程中吸收和释放热量的技术，通过适当的声波泵浦和声管设计，实现对制冷物体的制冷效果。
热声制冷具有无需运动部件、低噪音、高可靠性和较高制冷效率等特点，在一些领域有着广泛的应用前景。
热声效应及其实验 - 热学精品课程
图 !! 热声堆
制作热声堆主要考虑各层之间需要有一定的
!% 交换热量 的 穿 透 深 度 $ "热 波 穿 透 深 度 $ b 为时
图 >! 热声系统工作原理
# 其关系式如下 间+ 气团 ! 运动情况相同 ! 它们就像是接力赛一样 ! 从下端吸热输送到上端 " 在共 振 的 条 件 下 ! 气 团 快 捷’ 有效地如此循环运 动! 产生非常明显的宏观效果 ! 从而完成声热泵作
" # 朱 哲 民! 龚 秀 芬 6声 学 基 础 " 南 # .# 6南 京 $ ! 杜功焕 ! 京大学出版社 ! ! $ $ #6 " !# R K K 8 5 5_ 1!‘ 8 V R 5 5%60 M N 5 8 Q 4 Y 8 O F 4 M 9 4 R K Q V 9 !S SQ # ! O 8 X O V 8 O M Q 8 O X 4 O \ 8 F 4 G K Q O M Q V 4 G K" L 61F6 L 6% Y 8 6 W P % & $ ! $ $ !! ; $ # ! #! > #!#! > >6 " # # > L 6应 ! 肖家 华 6热 声 致 冷 的 基 本 原 理 和 应 用 前 景 " 用声学 ! % & $ # < < !! # ! > #!;6 " # # " L 6声 学 学 ! 马大 猷 6热 声 学 的 基 本 理 论 和 非 线 性 " 报! % & $ # < < <! ! " " > > ;!> " <6
制冷和低温技术原理—第2章 制冷方法
高压液体流 经膨胀阀节 流，形成低 压低温的 气，液两相 混合物进入 蒸发器。
4. 应用： 蒸气压缩式制冷机是应用最广泛的制冷机。 是本课程的重点内容之一。 具有100多年的历史，相当完备，广泛应用 在空气调节，各种冰箱，食品冷藏，冷加工 方面。 制冷的温度范围为5℃ — -150℃。
2.1.5 吸附式制冷
1. 系统组成：
吸附床，冷凝器，蒸发器 用管道连成一个封闭系统。
太阳辐射 沸石 吸附床 （沸石密封盒）
2. 工作原理：
肋片 （冷凝器） 储水器
一定的固体吸附剂对某种 （蒸发器） 制冷剂气体具有吸附作用， 白天脱附 夜间吸附 而且吸附能力随吸附剂温 太阳能沸石-水吸附制冷原理 度的改变而不同。 通过周期性地冷却和加热吸附剂， 使之交替地吸附和解吸。 解吸时，释放制冷剂气体，使之凝结为液体。 吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。
热电制冷
气体绝热膨胀制冷
高压气体经绝热膨胀即可达到较低 温度，令低压气体复热即可制取冷量。 高压气体经涡流管膨胀后即可分离冷, 热两股气流，用冷气流的复热过程即 可制冷。
气体涡流制冷
2.1 物质相变制冷
2.1.1 相变制冷概述
液体蒸发制冷 固体相变制冷
以流体为制冷剂，通 过一定的机器设备构 成制冷循环，利用液 体汽化时的吸热效应 ，实现对被冷却对象 的连续制冷。
2.2.2 磁制冷
1. 工作原理： 是利用磁热效应的一种制冷方式。
既是固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场 作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小）， 对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵 增大），又要从外界吸收热量。
2.2.3 声制冷
1. 工作原理： 是利用热声效应的一种制冷方式。
热声效应及其实验
热声效应及其实验
热声效应是一种非常神奇的现象，它是指当热量通过液体或气体时，它们的电子结构会发生变化，导致发出一种特定的音声。
在分子层面，由于热量变化会造成分子团聚力的变化，使得它们重新分子排列，在有条件的时候，它们会发出声音。
热声效应是一种比较容易理解的现象，它主要通过热能转换成声音，而这种转换在物理学上是一种定律，即声波散发理论。
这种散射的热声效应的原理是，当物质的热量从一种形式转换成另一种形式时，例如溶剂和溶质，其中的分子会减小或弹跳，从而形成声音。
热声效应的实验也存在着科学价值，主要包括三个步骤，第一步是测量实验物质的温度，第二步是测量实验物质的热量，第三步是分析实验物质释放出来的声音。
第一步是检测实验物质的温度，即实验物质的热力学状态，这一步关系到热声效应的强度，只有当温度较高时，热量才能有效地触及分子，从而产生声音。
因此，在实验前，实验物质的温度要用计量仪来测量，以确保它处于高温的状态。
第二步是测量热量，即检测实验物质的热量。
只有当热量足够时，实验物质才能释放出声音，热量的数量也是影响实验结果的一个因素。
第三步是分析实验物质释放出来的声音，通过录音，能够捕捉到实验物质释放出来的声音，并用物理学和化学的原理来分析。
热声效应是一种有趣而神秘的现象，而它的实验也具有科学意义。
科学家们通过实验，能够更好地了解物质的特点，从而更准确的分析
实验结果，为我们的生活带来更多的惊喜和收获。
热声效应原理
热声效应原理一、热声效应概述热声效应是指当光束被强烈的声波通过时，产生的声波的变化。
它是光的声波性质与热传导性质相互作用的结果，可以应用于许多领域，包括光学、物理学和声学等。
本文将详细介绍热声效应的原理、应用以及相关实验。
二、热声效应的原理2.1 热声效应的基本原理热声效应是由于声波对介质温度的影响引起的。
当声波通过介质时，由于声波的频率很高，导致介质内部的分子和原子不断振动。
这种振动会引起介质温度的微小变化，从而产生声波。
热声效应可以通过激光束与声波相互作用来观察和研究。
2.2 热声效应的数学描述热声效应的数学描述可以通过声压波动方程来表示。
在空间坐标系中，声压可以由以下方程描述：∇2p−1v2∂2p∂t2=αC∇2T其中，p表示声压，∇表示空间梯度，t表示时间，v表示声速，α表示温度的吸收系数，C表示等压热容量。
2.3 热声效应的实验观察热声效应的实验中，常用的观测方法是通过光的散射来观察声波产生的效应。
实验中使用一个激光束照射到样品上，然后通过散射光的强度来观察声波产生的效应。
由于声波的频率很高，所以光的散射效应也会很小，需要使用敏感的仪器来检测。
三、热声效应的应用3.1 热声成像热声成像是利用热声效应进行物体成像的一种方法。
通过测量物体对声波的吸收和散射来得到物体内部的温度分布图像。
由于热声效应与物体材料的吸收和散射特性有关，因此可以用来研究物体的结构、组成和性质等。
3.2 热声光谱热声光谱是利用热声效应进行光谱分析的一种方法。
通过测量样品对声波的吸收和散射来得到样品的光谱信息。
由于热声效应与样品的光吸收特性有关，因此可以用来研究样品中不同成分的含量和浓度等。
3.3 热声显微镜热声显微镜是利用热声效应进行显微观察的一种方法。
通过测量样品对声波的吸收和散射来得到样品的显微图像。
由于热声效应与样品的形貌、结构和材料性质有关，因此可以用来研究微小物体的形态和性质等。
3.4 其他应用领域除了上述应用之外，热声效应还可以应用于材料表征、医学诊断、生物学研究等领域。
微波热声成像技术及其临床诊断应用探索
260 引言医学影像可以为临床疾病诊断提供重要的参考依据。
目前常用的医学影像技术有X射线、超声、核磁、光学/荧光显微成像等。
其中，X射线成像是基于人体组织密度和厚度差异的投射性成像，但由于有些疾病在其发病早期组织的密度差异性不大，故X射线成像对该类疾病诊断灵敏度不高，且X射线的反复电离辐射会对生物组织产生潜在损害[1-3]。
超声成像是利用生物组织的声阻抗差异进行成像，但早期肿瘤组织与正常组织的声阻抗差异小，且图像的对比度较差，分辨率不高，不易实现早期病变检测[4,5]。
核磁成像是一种基于生物磁学核自旋的成像技术，但其成本高、成像速度慢且灵敏度较差，因此不适用于早期病变的快速筛查[6-8]。
光学/荧光显微成像技组[26,27]、S. K. Patch小组[28,29]、R. A. Kruger小组[15,16,30]和H. Xin小组[31-33]等。
在众多科研工作者的努力下，MTAI技术在医学诊断方面有了巨大的突破。
至今已经被应用到脑、胰腺、血管、乳腺和关节显像等。
本文拟介绍MTAI技术及其在临床诊断中的应用研究现状，并对未来的发展趋势进行展望。
1 微波热声成像技术概述微波在生物组织内的吸收主要由吸收物质如水含量、钠钾等离子浓度决定，不同类型组织的微波吸收差异决定了MTAI的对比度。
因而MTAI反映了生物组织的微波吸收特性，可用吸收系数α进行表述：28图1 热声效应示意图Fig.1 Schematic of thermoacoustic effect1.1 微波激励源获产生微波能量的微波激励源由微波管和微波管电源组成。
其中微波管电源将交流电能转变成直流电能，接着微波管将直流电能转变成微波能[37]。
MTAI技术目前主要采用的是基于磁控管调制技术的高功率脉冲微波源。
该类微波源技术成熟、稳定性好，信号信噪比高，图像质量好。
目前MTAI研究小组所报道的微波源详细情况见表1。
表1 各小组研究的微波源类型Tab.1 Microwave source types studied bydifferent groups1.2 微波天线微波天线能够接收电脉冲信号，并无畸变地辐射出去，最终变为微波振荡，它的辐射场随时间变化，表现为脉冲形式。
制作热声效应斯特林引擎
制作热声效应斯特林引擎——极客迷（）十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。
一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量，只不过以空气作为传递的媒介。
热声效应的原理空气振动形成声音，声音发生时，为方便讨论，将传播声音的空气分成无数小块空气，应用牛顿力学来分析空气振动的情形，会得到声音的波动方程式，此方程式的解显示：声音传播时，各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。
如果小块空气被压缩后，再被加热膨胀，对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却，再被压缩，作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。
虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度，此即所谓“热声效应”。
凡是利用工作流体在冷、热区间移动，执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都被归类为斯特林引擎。
利用热声效应把热能转换成机械能的装置，也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ，热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。
驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack)，热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。
热片堆在靠近闭端温度较高，另一端温度较低，于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。
当驻波发生时，热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆较高温处，该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分，会被热片堆加热，使得温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波的能量于是加大，小块空气也随着膨胀，同时移至热片堆的冷端，当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时，此小块空气已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。
热声效应简介
中文名: 热声效应热声效应是指固体介质与振荡流体之间产生的时均能量效应，产生沿着(或逆着)声传播方向的时均热流和时均功流。
按能量转换方向的不同，热声效应分为两类：一是用热能来产生声能，包括各类热声发动机；二是用声能来输运热能，包括各种回热式制冷机。
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。
简介热致声效应相对而言比较易于观察到，人们对于此类热声现象的发现可以追溯至200多年前。
1777年，Byron Higgins把氢气火焰放入两端开口的垂直管的合适位置时，如图1.1（a）所示，管中能够激发出声音，这即为“歌焰”现象。
类似的现象在其他地方也可以观察到，其被称之为“Higgins管”作用，例如高烟囱或者炉膛中的火焰有时候会引起强烈的噪音或振动，另如二战中德国所用的Ⅵ导弹，也是因为“Higgins管”作用使其在飞行中发出强烈的噪音，此外脉动燃烧技术也发源于此。
一百多年前，吹玻璃工人发现了类似的现象，当一个热玻璃球连接到一根中空玻璃管上时，也会激发出强烈的声波[2]。
1850年，Sondhauss对这种一端封闭、一端开口的热声振荡管进行了研究，以后的学者为纪念他的贡献而将其命名为“Sondhauss管” ,如图1.1（b）所示。
1859年，Rijke将加热丝网放到一根两端开口的垂直空管的下部，观察到了强烈的声振荡，并对这种现象进行了定性的分析，这种结构后来被称“Rijke管” ，如图1.1（c）所示。
此后，Bosscha 采用冷的丝网代替热的丝网也达到了Rijke振荡，但冷丝网与热丝网的位置恰好相反。
由于“Rijke管” 在脉动燃烧中的应用以及与火箭压缩机安全性等密切相关，时至今日仍在进行大量研究，并被广泛用于热声效应的教学实验中。
1949年，Taconis等人观察到将一端封闭的管子的开口端伸入到液氦中搅动时会发出声音，Taconis对此做出了定性解释，这就是低温领域中著名的“Taconis振荡” 。
热声效应原理
热声效应原理
热声效应是指在介质中由于温度的变化而引起的声波现象。
热声效应的原理是基于热力学和声学的基本原理，即热力学中的热膨胀和声学中的声波传播。
热声效应的基本原理是热膨胀。
当介质受到热源的加热时，介质内部的温度会升高，从而导致介质的体积发生变化。
这种体积变化会引起介质内部的压力变化，从而产生声波。
这种声波称为热声波。
热声效应的产生需要满足一定的条件。
首先，介质必须是非均匀的，即介质内部存在温度梯度。
其次，介质必须是吸声的，即介质对声波有一定的吸收能力。
最后，介质必须是热导率较小的，即介质对热的传导能力较弱。
热声效应在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在声学测量中，可以利用热声效应来测量介质的温度分布。
在医学领域，热声效应可以用于治疗肿瘤等疾病。
此外，热声效应还可以用于声学通信、声学成像等领域。
总之，热声效应是一种基于热力学和声学原理的声波现象。
它的产生需要满足一定的条件，但在实际应用中有着广泛的应用前景。
热声效应
热声效应
【实验目的】
帮助学生理解热声效应的基本原理。
【实验原理】
在谐振管上端有一热声堆，扬声器产生的声波在谐振管内形成纵向驻波，管的两端为驻波的压力波腹，当声压增加时，气团向上（谐振腔封闭端方向）运动且被压缩，温度升高，此时气体温度比其附近热声堆的温度高，于是就把热量输给热声堆。
当驻波继续完成一周时，气团向下运动，声压降低，胆热声堆温度降低较少，气团附近热声堆温度高于气团温度，要向气团输热，所以气团每次振动都从下吸取热量向上输送热量热声堆中有无数这样的气团，运动情况相同，它们就像接力赛一样，从下端吸热输送到上端。
在共振条件下，气团快捷、有效地如此循环运动，产生明显的宏观效果，从而完成声热泵作用。
【实验操作方法】
1.用立体声连线连接好数字温度计，接通数字温度计电源，预热仪器10分
钟，观察温度读数是否一致，若不同，可用螺刀校准，校准电位器孔为
“℃”符号下方的小孔，一般可校准于两温度计平均值；或记录初始读数。
2.连接好扬声器输入与信号功率源，关小幅度调节旋钮，打开信号功率源开
关（开关位于仪器后盖板），调节信号源频率为290-370Hz之间。
同时准备好秒表作好记录准备工作。
3.给仪器盖上有机玻璃罩，预热仪器5分钟后，调节幅度电位器使输出电压
为20.0V.。
4.仔细观察数字温度计的变化，缓慢调整频率，观察温度变化显著的频率点
并加以记录。
5.在实验进行2分钟后，记录热声堆上、下温度变化情况，并找到本仪器的
最佳工作频率点。
【注意事项】：
因振动输出具有破坏性，故实验中须有人照看。
1。
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热声效应是热在弹性介质中产生的声学自激振荡过程，当热量施加到热端换热器上，换热器中包围的气体被加热，气体扰动产生首个压力扰动波前，以声速向两边传播，由于膨胀后的气体被推入回热器板叠的空腔中，气体受冷收缩，有向回运动的趋势，同时，第一个压力波前传到谐振腔的端部反射回来，反射波与收缩气体运动相叠加，在某一频率上产生正反馈加强，经过若干周期的反复加强后，达到饱和而形成持续的谐波震动
在谐振管中利用电声震荡装置产生压力波，热声逆效应的结果就会产生两个换热器的温差即泵热过程将上述两套系统连接在一起。
一个系统加热，产生声振荡，另一个系统吸收声振荡进行制冷。
这样的系统可以实现完全无机械运动部件，由热直接驱动的制冷机。
热声发动机技术即为热在压力气体中产生自激振荡这一热声现象，可将热转化为交变机械能。
膨胀压缩过程中无运动部件，可靠性高，避免了摩擦损失，它主要由换热器回热器管道组成，制作简单，热声技术是一种外然性的设备，可以利用太阳能，地热能，生物质能，工业余热。