热声起振机理的研究进展
热声斯特林发动机起消振特性实验研究的开题报告
热声斯特林发动机起消振特性实验研究的开题报告Title: Experimental Study on Vibration and Noise Characteristics of Stirling EnginesBackground:Stirling engines have gained popularity in recent years due to their high efficiency and low emission rate. However, one of the major challenges facing the application of Stirling engines is their vibration and noise levels, which can have negative impacts on their performance and user experience. Therefore, it is imperative to investigate the vibration and noise characteristics of Stirling engines to optimize their operation and reduce their negative impact.Objectives:The main objective of this study is to conduct an experimental investigation on the vibration and noise characteristics of Stirling engines through the following specific goals:1. To measure the vibration levels of the Stirling engine during operation by using accelerometers and other vibration measurement instruments.2. To analyze the frequency spectrum of the vibration signals obtained in order to identify the sources of the vibration.3. To investigate the relationship between the vibrational responses and different engine parameters, such as engine speed, temperature, and pressure.4. To perform noise measurements of the Stirling engine during operation by using sound pressure meters and analyze the frequency spectrum of the noise signals.5. To investigate the effect of different design parameters, such as piston clearance and crankshaft balance, on the vibration and noise characteristics of the Stirling engine.Methodology:The study will be carried out in a laboratory setting using a Stirling engine. Different experimental setups will be used for measuring the engine vibration and noise characteristics, including accelerometers and sound pressure meters. The Stirling engine will be operated at various engine speeds, temperatures, and pressures, and the vibration and noise characteristics will be measured and analyzed. Additionally, different engine design parameters will be modified to investigate their impact on the vibration and noise characteristics.Expected Outcome:The expected outcome of this study is to provide a better understanding of the vibration and noise characteristics of Stirling engines, as well as identifying the sources of the vibration and noise. The study will also provide insight into how different design parameters and operating conditions affect the vibration and noisecharacteristics. The findings of this study will be useful in optimizing the operation of Stirling engines and reducing their negative impacts on users.。
Taconis热声振荡的数值模拟研究的开题报告
Taconis热声振荡的数值模拟研究的开题报告一、研究背景声波作为一种传递能量的波动，具有在热力学系统中产生振荡的作用。
热声振荡指的是在有介质的热力学系统中，由于温度梯度的存在，声波在介质中反复传播而产生振荡现象。
热声振荡具有广泛的应用，例如热声制冷、声波泵、温度计等方面。
Taconis于1938年提出的热声振荡理论，被认为是热声振荡研究中的经典理论。
其理论中，声振荡的振幅、频率、阻尼等都与温度的分布有密切关联。
然而，热声振荡的复杂多变，理论模型难以精确描述实际的热声振荡现象。
目前，数值模拟成为了研究热声振荡的主要手段之一。
借助计算机模拟，可以更加深入地探究热声振荡的机理和规律。
而且，数值模拟可以对热声振荡系统进行仿真实验，提高实验效率和减少实验成本。
二、研究内容本文将基于Taconis理论，利用ANSYS软件进行热声振荡的数值模拟。
具体包括以下内容：1. 建立热声振荡模型。
根据Taconis理论，建立热声振荡的数学模型，确定温度分布、声场分布等相关参数。
2. 数值求解。
采用有限元方法，利用ANSYS软件对热声振荡模型进行数值求解。
通过数值仿真，得到模型中不同参数随时间的变化规律。
3. 计算分析。
根据数值仿真结果，深入分析热声振荡系统中各种参数变化的规律，探究声振荡的频率、振幅、阻尼等物理性质。
三、研究意义本文将建立和验证热声振荡的数学模型，可以更好地理解热声振荡现象的本质。
同时，通过数值模拟，可以对不同参数下热声振荡的特性进行分析，有助于深入探究其物理性质。
此外，基于数值模拟的研究，可以在实验前提高对热声振荡的认识，减少实验成本和效率。
四、研究方法1. 建立热声振荡模型，确定系统参数。
2. 使用ANSYS软件进行数值求解。
3. 对数值仿真结果进行分析；通过MATLAB分析计算得到的结果。
4. 编写开题报告，重点阐述论文的研究思路、方法和意义。
五、预期结果通过建立热声振荡的数学模型，利用ANSYS软件进行数值模拟，得到热声振荡随时间的变化规律。
热声起振过程的实验研究
起振 是指 回热器 （ 热声 板 叠 ） 到某 一 临界 温 或 达 度 梯度 时工作 流体 由静止 状 态 向周 期 性 振 荡状 态 转 １７ ７ ７年 ， ｙｏ ｉ ｉｓ首 次 发 现 热 声 效 应 。经 Ｂ ｒｎ Ｈ ｇ ｎ ｇ
ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｈ ｅ ｔｇ ｓ， ｎ ｒ ｙ ｓｏ ｉ ｇ，ｏ ｓ ｔａ ｄ ｓ ｔ ｒ ｔｏ ｆｓ ｌ— ｓ ｉｌ ｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓｗｅ ｅ ｒ ｖ ａ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ｒ ｅ ｓａ ｅ ｅ ｅ ｇ ｔｒｎ ｎ ｅ ｎ ａｕ ａ ｉｎ ｏ ｅｆｏ ｃｌａｉ ｒ ｃ ｓ ｒ ｅ ｅ ｌｄ． ｎ
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｏ ｅ ｆｏ ｃ ｌａ ｉ ｒ ｃ ｓ ｎ ａ ｐ ｒｍ ｎ ｆ ｓ ｌ－ ｓ ｉｌ ｔｎｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｉ
ｔ ｒ ｏ ｃ ｕｓ ｉ ｔｒ ｉ ｇ ｅ ｉ ｈｅ ｍ ａ ｏ ｔｃ Ｓ ｉ ｌｎ ｎｇ ｎｅ
ＬｕＪ ｇ Ｑ ｕＬｍ ｎ Ｌ ｉ ｉｕ Ｗａ ｇＨ Ｗａ ｇＢ Ｂ ｉ ｕ Ｓ ｎＤ ｍ ｎ ｉ ｉ ｉ ｉｉ ｎ ａ Ｂｈ ｉ ｎ ｕ ｎ ｏ ａ Ｋ ｎ ｕ ａ ｉｇ
热声系统起振机理的初步研究
热声系统起振机理的初步研究
欧阳录春;邱利民;张武;孙大明;谢雪梅
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2002(000)005
【摘要】根据气体密度、粘度和导热系数等物性参数随温度的变化规律,在对热声系统中热声转换的关键部件丝网板叠进行合理简化的基础上,给出了热声系统起振机理的一种初步解释,对进一步完善热声理论具有一定指导意义.
【总页数】6页(P6-11)
【作者】欧阳录春;邱利民;张武;孙大明;谢雪梅
【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】TB533
【相关文献】
1.热声斯特林发动机系统的起消振过程研究 [J], 金滔;毛长松;汤珂;洪剑平;钟笑鸣
2.热声系统起振消振行为的实验研究 [J], 金滔;陈国邦;应哲强;徐友仁;冯绍苏
3.热声起振机理的研究进展 [J], 刘靖;邱利民;赖碧翚;孙大明
4.热声直线发电系统声学阻抗匹配机理与匹配性设计研究 [J], 林锦豪
5.直线导轨副系统阻尼减振机理研究及仿真 [J], 刘文威;黄强;黄创绵;成克强;王远航;董成举
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热声发动机起振行为实验研究
１ 引 言
热声 发 动机是 一种 基 于热声 效应 工作 的新 型
５ ０ ０ ￣ Ｃ。２ ０ １ ０年 ， 日本 东 北 大 学 Ｂ ｉ ｗ ａ 等 则 介 绍 了一种 采用 质量 因子 预测 临界 温 度 比（ 板 叠 热 端
温度／ 冷端 温度 ） 的方 法 ， 大 大 降低 了一 台斯 特林
（ １ ． 华 中科技大学 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ； ２ ． 中国科学 院理化技术研 究所 低温工程学重点实验室 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ：
３ ． 中国 科 学 院 大 学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ） 摘要 ： Ｂ ｆ 究 了热声发动机起振过程 ， 对 Ｂ ｅ ｎ ａ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ 构 建 的 动 力 学 模 型 的计 算 方 法 进 行 了优 化 ， 计算 了控制压力 、 回热 器 参 数 和 系 统 频 率 对 热 声 发 动 机 起 振 温 度 的 影 响 。并 进 行 了 实 验 ， 计 算结 果 与实验 结果 一 致 ， 证 明 了 优 化 效果 。 关键词 ： 热 声 发 动机 ； 热声起振 ； 临 界 起 振 温 度 梯 度
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： Ｔｈ ｅ ｒ ｍｏ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｎｇ ｉ ｎ ｅ，Ｓ ｅ ｌ ｆ— ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ，Ｃｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｇ ｒ ａ ｄｉ ｅ ｎ ｔ
，
３ ． Ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ￣ｅ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
混合工质热声发动机起振及消振特性试验研究
（ 郑 州 大 学 化 工 与 能 源 学 院 郑 州
４ ５ ０ ０ ０ １ ）
广 州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
（ 华 南 理 工 大 学 传 热 强 化 与 过 程 节 能 教 育 部 重 点 实 验 室
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ０ － ６ ５ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ － ０ ０ ５ ７ － ０ ５
Ｅｘ ｐｅ ｒ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｏ ｎｓ ｅ ｔ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｒ ｍｏ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｍｉ ｘ ｔ选择 合适 角度和 工质 以降低 系统起振 温度 提供 了试 验参 考 ， 并 为 太 阳能 驱 动 的热 声发 动 机
的 设 计 和 工 质 的 选 择 提 供 了试 验 依 据 。 关键 词 ： 热 声 发 动 机 自然 对 流 热 力 特 性 太 阳 能
中图分类 号 ： Ｔ Ｂ ６ ５ ， Ｔ Ｂ ６ ６ ３
（ 。Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） （ Ｔ ｈ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｈｅ ａ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ￣ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，
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。
热声斯特林发动机系统起消振过程研究
文 献标 识码 ： Ａ
Ｓ ｕｄ ｎ ｔ ｎ ｅ ｎ ａ ｐ ｎｇ ｐｒ ｃ ｓ ｆ ａ ｔ ｙ ｏ ｈｅ ｏ ｓ ｔ ａ ｄ ｄ ｍ ｉ ｏ ｅ ｓ ｏ
ｔ ｒ ｏ ｃ ｕ ｔｃ Ｓ ｉ ｌ ｉ ｅ ｍ ｏ ｅ ｈｅ ｍ ａ ｏ ｓ ｉ ｔｒｉ ｐｒ ｍ ｖ ｒ ｎｇ
Ｊｎ Ｔａ Ｍａ ａ ｇ ｏ ｇ Ｔａ ｇ Ｋｅ Ｈｏ ｇ Ｊａ ｐｉ ｇ Ｚｈ ｎ ａ ｍｉ ｇ ｉ ｏ ｏ Ｃｈ ｎ ｓ ｎ ｎ ｎ ｉｎ ｎ ｏ ｇ Ｘｉｏ ｎ
（ ｎｔ ｕｅｏ ｅｒ ｅａｉ ｎ ｒｏ ｅ ｉｓ Ｚ ｅ ａ ｇ Ｕ ｉ ｒｉ ，Ｈ ｎ ｚ ｏ １ ０ ７， ｈｎ ） Ｉｓ ｔｔ ｆ ｆ ｇ ｒ ｏ ａ ｄ Ｃ ｙ ｇｎｃ ， ｈｊ ｎ ｎｖ ｓ ｙ ａ ｇｈ ｕ３ ０ ２ Ｃ ｉａ ｉ Ｒ ｉ ｔｎ ｉ ｅ ｔ
ｄ ｒｔ ｎ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｈ ｒ ａ ｏ ｔｃ ｏ ｃｌａｉ ｎ ｅ ｓａ ｄ ｎ ｈ ｃ ａ ｉｍ ｆｔ ｅ ｍｏ ｃ ｕｓｉ ｓ ｉｌｔｏ ．
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｔ ｅ ｍ ｏ ｃ ｕ ｔ ｓ ｏ ｓ ｔａ ｄ ｄ ｍ ｐ ｎ ｈ ｓｅ ｅ ｉ ｏ ｐ ｙ ｗｏ ｄ ｈ ｒ ａ ｏ ｓｉ ； ｎ ｅ ｎ ａ ｉ ｇ； ｙ ｔ ｒｔｃ ｌｏ ｃ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ｓｅ ｔ ｘ ｒｍ ｅ ｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｏ ｅ ｏ ａ ｔａ ｅ ｉ ｇ ｗａ ｅ ｈ ｒ ｏ ｃ ｕ ｔ Ｓ ｉｌ ｒｍｅ ｓ ｒ ｃ ： ｙ ｔ ｍａ ｉ ｅ ｐｅ ｉ ｎｔ ａ ｅ ｂ ｅ ｄ ｎ ｎ ｒ ｖ ｌｎ ｖ ｔｅ ｍ ａ ｏ ｓｉ ｔ ｉ ｐ ｉ ｃ ｃ ｒ ｎｇ ｍｏ ｅ ｏ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｏ ｓ ｔａ ｄ ｄ ｍｐｉｇ ｂ ｈ ｖｏ ｓ ｆ ｃ ｉｇ ｏ ｈｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ａ ｉｔｏ ｔ ｖ ｒｔ ｔ ｄ ｈ ｎ ｅ ｎ ａ ｎ ｅ ａ ｉ ｒ ， ｏ ｕｓｎ ｎ ｔ ｅ ｅ ａｕｒ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｒａｉｎ ｗｉｈ
热声热机的理论研究及其进展
热声热机的理论研究及其进展颜鹏;刘益才;陈丽新;李照龙;谢海波【摘要】热声现象很早就受到了科学家的注意,近年来在理论上和实际中都有了重大的发展.重点回顾了近几十年来,国内外学者在热声热机理论研究方面取得的重大成就以及目前理论存在的不足.%Thermoacoustic phenomena have attracted the attention of scientists for a long time. In recent years,both in theory and practice has a significant development. This paper reviews the theories of thermoacoustic engines which were founded by the scholars both at home and abroad in recent decades and the shortcomings of the current theories.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2011(017)003【总页数】7页(P130-135,165)【关键词】热声现象;热声效应;热声热机理论【作者】颜鹏;刘益才;陈丽新;李照龙;谢海波【作者单位】中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TB611 引言热声热机［1］是一种新型热机，由于其少或无运动部件，从根本上消除了经典热机存在的磨损与振动;另外，热声热机中使用的工质是对环境无害的工作流体(如惰性气体等)，从而克服了经典热机的环境污染问题。
近几十年来，对热声热机的研究成为热机的又一个亮点。
热声起振机理的研究进展
ｆ ｒ ｅ ｅ ｅ ｒｈ ｉ ｅ ｕ ｒｄ ｕｔ ｒｒ ｓ ａｃ ｓｒ ｑ ｉｅ ．Ａｎ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔｏ ｅ ｍｏ ｃ ｕ ｔ ｈ ｏ ｎ ｔ ｅ ｆ ｔｒ ｓａｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ｄ ｔｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｐ ｃ ｆ ｔ ｒ ａ ｏ ｓｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ｈ ｕ ｕ ｅ ｉ ｌ ｏ ｇ ｖ ｎ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ． ｐ ｈ ｃ ｙ
理论 。特 别 值得 一 提 的是 ， ｒ Ｃ和 Ｓ ｉ ＷａｄＷ ｗｒＧ ｌ ｗ 等 编 制 的 一 套 热 声 计 算 程 序 Ｄ ｌ Ｅ（ ｅｉ ｅｔ Ｄｓ ｎ ａ ｇ
（ 浙江大学制冷 与低温研究所 ， 杭州 ３０ ２ ） １０ ７
摘要 ： 回顾 了最 近 十几 年 问国 内外 热 声 起 振 机 理 的 研 究 进 展 ， 点 介 绍 了热 声 起 振 研 究 的 主 要 理 论 和 实 验 研 重
究 方法 ， 出了当前理论成果与实际热声过程之间存在的差距 ， 指 并对热 声理论研究今后的发展趋势进 行了展望 。
关键词 ： 热声效应； 起振机理 ； 非线性理论
Ｒｅ ｉｗ ｎ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｎｓ ｔｍ ｅ ｈａ ｉｍ ｆｔ ｒ ｏａ ｏ ｆｃ ｓ ｓｅ ｓ ｖ ｅ ｏ ｈｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｏ ｅ ｃ ｎ ｓ ｏ ｈｅ ｍ ｃ ｕｓ ｙ ｔ ｍ ｉ
识还 没有得 到定 论 ， 仍需 进行大 量 的工作 。
２ 国外 研 究
１９ ８ ６年 ， ａｌ ｇ Ｒ ｙ ｉ Ｌ最 先从 理 论 上 解 释 热声 ｅｈ 现象 ， 出 了著 名 的 “ ａｌ ｇ ” 提 Ｒ ｙｅ ｈ 准则 。它 在解 释 ｉ 热声 系统 中如 何 维 持振 荡 的过 程 是 准确 的 ， 但对
热声起振机理的研究进展
２ ． Ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｔ ｅ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ． 中 国科 学 院 大 学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘要： 主要总结 了近年来 国内外热声起振机理 的研究 进展 ， 重点介绍 了热 声起振机 理 的理论 研究 、 数值模 拟以
及实验研究 ； 同 时 指 出 了 当前 所 开 展研 究 的 不 足 。最 后 讨 论 了热 声 起 振 机 理 研 究 亟 需 解 决 的 问 题 以及 深 入 研 究 的
低温与超导 第４ ３卷 第 ５期
低 温技 术
Ｃｒ ｙ ｏ ｇ ｅ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｃｒ ｙ ｏ． ＆ Ｓ ｕ ｐｅ ｒ ｃ ｏｎ ｄ Ｖｏ １ ． ４ ３ Ｎｏ ． ５
热 声 起 振 机 理 的 研 究 进 展
李娟 ， 周 刚 ， 李青
（ １ ． 中国科学 院理化技术研究所航天低 温推 进剂技术 国家重点实验 室 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ；
１ 引 言
热 声热 机具 有 结 构 简 单 、 无 或 极 少 有 运 动 部 件、 工作 可 靠性 高 、 可 使用 低 品位 热源 和环 保 的工 作 介质 等优 点 ， 因此 应 用 前 景 十 分 广 阔 。起 振 是 工 作介 质在 ￣ ｔ － ／ Ｊ Ｈ 温度 梯 度下 由静 止状 态转 化 为周 期 性振 荡 流动 状 态 的过 程 ， 是 实现 由热 能 转 化 为 机 械 能 的重 要 过程 。起 振过 程 的状态 参数 尤其 是 起 振 温度 直接 关系 着热 声发 动机 的实 际应 用 。 然 而 随着 实验 研 究 的深 入 ， 热 声 发 动 机 起 振
热自然对流对热声起振行为的研究
并对它们的起振温度、 热缓冲管温度分布、 回热器温度分布进行记录
ｆ，
／ ＝＝＿ ＼
、 １
Ｊ
［＝
１＼
／
３ 热 声 机 的 谐 振 管坚 直向下
圈 ４ 热 声 机 的 谐 振 管向下与地面成 ４ 。 ５
图 ５ 热 声 的 谐 振 管 水平放置
图 ６ 热 声 机 的 谐 振 管向上与地面戚 ４。 ｊ
３ 实验 结果
我 们以氮气 为工 质 ， 气 压力为 １ ５ ａ 加热 功率对 以上 四种情况 分别进 行 实验 ，结 充 ．ＭＰ ，
果 如表 ， 所示 ：
表 １ 热声 发动 机空间位置变化对热声起振性能的影响
起振温度（ Ｊ 起振时间（ ｎ Ｋ） ｍｉ ）
谐振 管 竖 直 向 下 ６ｏ ０ １ １ ５
维普资讯
’
第３ ０卷 第 １煳
２０ ０ ２年 ２ｊ ｊ
， 匮
温
与
超
导
Ｖ ｉ３ Ｎｏ １ ｏ ０ ．
Ｆ ｂ ２ ０ ｅ ０ ２
ＣＲＹＯＧＥＮ１ Ｓ ＡＮＤ Ｕ Ｉ Ｃ Ｓ ＥＲＣＯＮＤＵ ＣＩ ＶＩ Ｉ ＴＹ
振 管 的长度 Ｌ ＝ｌ 实验 系统 中各段管 径 相 同 ， 内径 均 ｄ为 ５ｍｍ 该实验 中我 们 采 用 ｍ， 其 ０ Ｎｉｒ Ｎｉｉ热 电偶 测温 ． Ｃ Ｓｒ 布置 ２ 个测 温点 ， 中热缓 冲Ｉ ￣ 称布置 １ 个 删温点 ． ０ 其 Ｔ＇ ｔ ６ 回热 器单
工匝】 Ⅱ ＝
过分 析 ． 最 现 象进 行 了 定性 的 解 释 对
关键词 ： 起振温度
温度梯度
热商发动机
自然对 流
１ 引 言
热声发动机起消振过程中压比演化规律研究
低 温与超 导 第３卷 ８ 第 ４期
低 温技 术
Ｃｒ ｏ ｅ ｉｓ ｙ ｇ ｎｃ
热声理论的研究进展
关键词 ： 热声效应 ； 自激振荡 ； 热声装置 ； 研究进展
中 图 分 类 号 ：Ｂ １ 文献 标 识 码 ： Ｔ ６ Ａ ｄ ｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ －８ ９ ２ １ ． ．０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．６４２６ ．０ ２ １０ １ ｓ
０ 引 言
热声系统是一个非常奇妙 的能产生热声效应
流体 ） 的声振荡与第二介质（ 固体壁 ） 间由于热 之 相互作用而产生的时均能量效应． 广义 的说 ， 它是 振荡 过程 与 扩 散 过 程 的 相 互 作 用 与耦 合 ； 义 的 狭
说， 它是 热 能与有 序声 能 的直接 转换 ．
１７ ７ ７年 ， ｙｏ ｉ ｉｓ最早 记 载 了热声 现 象 ． Ｂ ｒｎＨ ｇ ｎ ｇ
作用会 产生热声效应一热声 自激振荡或热声泵热 ． 热声效应在热声热机 （ 冷机 ） 热声空 调 、 制 、 混合物分 离 、 太 阳能利用等领域具有十分诱人 的应用前 景． 回顾 了热声理 论 的研 究进展 ， 主要 包括热声 网络模 型 、 参数 激 励 机理 、 特征 时间研究 、 热力学优化 、 子气模 拟以及非线性热声 理论等方 面的一些最新成果 ． 格 重点介 绍了辛 群 在热声网络 中的应用． 系统中等温流体管道 内工质运动 的传输 矩阵为辛矩 阵 ， 而存 在温度梯度 的热声 回热器 中气体工质微团的传输矩阵可 以通过变量代换 ， 将传输矩 阵转换 为辛矩 阵 ， 使整个 热声系统 网络传 输都可 用 辛矩阵传输来表示． 对热声理 论研 究的发展趋势进行 了展望 ， 出了一些有待解决 的问题 和研究思路． 提
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。
热声起振现象的模拟研究
（a） 初场（I）
（b） 初场（II）
（c） 初场（III）
（d） 初场（IV）
图 3 不同初场下压力随时间的变化规律
（a） 初场（I）
（b） 初场（II）
（c） 初场（III）
（d） 初场（IV）
图 4 不同初场下温度随时间的变化规律
对比图3和图4可以发现，尽管压力或温度的包络面并不相同，但物理量达到周期性 稳定以后，振幅是一致的；此外，初场（IV）对应的起振最先达到周期性稳定，随后是 ，最后是初场（II） 。曾有学者在文献中提到，不同的扰动大小，仅会在短时 初场（III） 间内影响管内参数，对起振后的结果并没影响[12]；而此处表明，小扰动的添加与否，也 仅会影响起振过程的快慢，对最终振幅没有影响。合适的初场，对节省计算时间有很大 的影响。下面的计算均采用初场（III）的方式，并未添加小扰动。
0 前言
热声现象是热与声相互转化的现象，其典型的应用领域就是燃烧室、热声发动机、 热声制冷机等系统。 热声现象中往往存在非线性效应， 其中最典型的就是热声自激起振。 对于热声起振现象的研究，涉及到热力学、传热学、流体力学、声学等众多学科，具有 重要的学术意义，同时在能源、环境、国防科研等众多科学及工程领域有着重要的应用 前景。然而，由于问题的复杂性，采用理论的方法对其进行研究，困难较大。 Rijke 管[1]作为热声现象的应用，结构简单，因而得到较广泛的研究，国内外相关理 论和实验研究可参见文献[1-9]。随着计算机技术的发展，计算流体力学与数值传热学得 到快速发展，数值模拟成为与理论分析和实验研究相并列的三大研究手段之一。已有的 Rijke 管数值模拟工作大致可分为两大类。第一类，模拟限于整个管内区域。德国慕尼黑 热源 工业大学 Hantschk 和 Vortmeyer[10, 11]采用这一方法首次对 Rijke 管起振进行了模拟， 为恒温板叠。随后，美国弗吉尼亚理工大学 Chatterjee 等[9]采用燃烧模型，浙江大学李国 能等[12]等基于多孔介质热源，也成功实现了 Rijke 管起振的模拟。第二类则采用内外流 场耦合的方法，将 Rijke 管以及外部大空间都作为计算区域。显然，这样可以忽略管口 边界条件设置不当而产生的影响，但同时也使计算量大大增加。美国犹他大学 Entezam 等[13]，浙江工业学院张国俊等[14, 15]的研究属于此类。以上数值模拟均采用商业软件，其 中文献[13]采用 Flow-3D，其余均为 FLUENT。除了商业软件外，清华大学严红等采用 自编程模拟了 Rijke 管燃烧器内的流场与温度场， 但该工作并不属于自激振荡的范畴
Rijke型热声自激振荡机理研究进展
Rijke型热声自激振荡机理研究进展黄鑫1，2 胡忠军1 李青1 李正宇1【摘要】摘要:Rijke管热致声现象自发现以来得到了广泛的研究和应用，并发展成为高效率的行波型热声热机，但其热声自激振荡机理一直没有被完全揭示清楚。
热声激振条件关系到对低品位能源的利用和热声转换效率的提高，因此对自激振荡机理的研究成为热声技术的首要课题。
经典线性热声理论作为对小振幅弱非线性现象的一种近似，可以粗略指导热声热机的设计，但不能解决诸如起振、声流和声压饱和等非线性问题。
通过对近几十年来Rijke型热声自激振荡机理研究进展的总结，指出最近发展的几种非线性热声理论存在的局限性，并提出了未来在自激振荡机理研究方面的研究方法和研究方向。
【期刊名称】低温工程【年(卷),期】2010(000)001【总页数】6【关键词】关键词:Rijke管热声效应自激振荡1 引言热声效应的发现源于“歌焰”(Singing Flame)现象，又称Higgins管，是将氢焰放在两端开口的垂直管中激发出声音的一种现象。
在大学课堂上广泛用作热声演示装置的箫声管(Rijke管)实际上是利用加热的丝网代替火焰的Higgins管。
如图1所示，在两端开口管中适当的位置加入热量，在一定贯穿气流作用下，可获得发声宏大、倍音丰富的热声自激振荡现象。
Rijke管自发明以来得到了广泛的研究和应用，最突出的是在热机领域和在燃烧领域中的应用。
Rijke管是现代行波型热声发动机的雏形，目前正在得到深入研究和迅速发展。
10年前，美国Los Alamos国家实验室发明了热效率高达30%的混合型热声斯特林发动机，接近与传统内燃机相竞争的水平，展现出热声技术广泛的应用前景。
在燃烧领域，由于在热声耦合机制下的燃烧具有更高的热效率和燃烧强度，一种基于Rijke管的脉动燃烧技术在航空推进系统也得到了广泛应用和发展。
但是，由于热声自激振荡的复杂性，其热致声机理至今还没有完全揭示，已有的各种理论模型都不能做出完全解释。
Rijke型热声自激振荡机理研究进展
（ ｒｄ ａ ｃ ｏ ｌ ｆ ｈｎ ｓ Ａ ａ ｅ ｙ ｏ Ｓ ｉｎ ｅ ， ｅ ｉｇ１ ０ ３ ，Ｃ ｉ ） Ｇ ａ ｕ ｔ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｉｅｅ ｃ ｄ ｍ ｆ ｃ ｃ ｓ Ｂ ｉ ｎ ０ ０ ９ ｈ ａ ｅ Ｃ ｅ ｊ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｓｎ ｅｔｅｔｅｍｏ ｃ ｕ ｔ ｆ ｃ ｎＲｉ ｅｔｂ ａ ｏ ｎ ，ｉ ｗ ｓｗ ｄ ｌ ｓｄａ ｄｓｕ ｉｄ ｎ ｓｒ ｃ ： ｉｃ ｒ ａ ｏ ｓｉ ｅｆ ｔ ｊ ｕ ｅｗ ｓｆｕ ｄ ｔ ａ ｉｅｙｕ ｅ ｎ ｔｄｅ ，ａ ｄ ｈ ｈ ｃ ｅ ｉ ｋ
摘 要 ： ｉ ｅ管热致 声现 象 自发 现 以来得 到 了广 泛 的研 究和应 用 ， Ｒｊ ｋ 并发展 成 为 高效 率 的行 波 型
热声 热机 ， 其 热声 自激振 荡机 理一 直没 有被 完全 揭 示 清楚 。热 声激 振 条 件 关 系到 对低 品位 能 源 的 但 利 用 和热 声转换 效率 的提 高 ， 因此对 自激振 荡机 理 的研 究成 为 热声技 术 的 首要课 题 。经典 线 性 热 声
，
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理 论作 为对 小振 幅弱 非线性 现 象的 一种 近似 ， 以粗略 指 导 热 声热机 的设 计 ， 不 能 解决 诸如 起 振 、 可 但
声流 和声压 饱和 等非 线性 问题 。通过 对 近 几 十年 来 Ｒｊｅ型热 声 自激振 荡机 理 研 究进展 的 总结 ， ｉ ｋ 指
热声振荡形成原理
热声振荡形成原理
热声振荡形成原理：
热声振荡是指通过热力学效应产生的声波振动。
具体来说，它是由于物质在温度变化下的热膨胀和压缩所引起的。
热声振荡可以在固体、液体和气体中发生。
在固体中，热声振荡是由于温度变化引起的固体的热膨胀和收缩。
当温度变化时，固体内部的分子也会发生相应的运动，并引起固体的微小变形。
这些微小变形会以声波的形式传播出来，形成热声振荡。
在液体中，热声振荡主要是由于液体受热后发生的密度变化引起的。
当液体受热后，分子之间的距离增大，导致液体的密度减小。
这种密度变化将会形成声波，并传播出去。
而在气体中，热声振荡是由于气体分子的热运动引起的。
当气体受热时，分子的平均动能增加，它们的平均距离也会增大。
这种增大的平均距离导致了气体的密度减小，从而形成了声波振动。
总的来说，热声振荡的形成是由于物质在温度改变下产生的热力学效应。
无论是固体、液体还是气体，当温度变化时，物质内部的分子或原子也会发生相应的运动，导致物质产生微小的膨胀或收缩。
这些微小的变形以声波的形式传播出去，形成了热声振荡。
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万方数据
・６・低温技术Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ第２期
们的努力，目前热声发动机的线性解析理论已经相对完善了。
近十几年来，国外热声研究的热点逐渐转向非线性理论研究，旨在寻求建立一套完整的非线性热声模型，用来解释热声起振以及一系列的非线性效应。
在众多有关热声非线性理论的研究中，美国霍普金斯大学的工作最为系统和丰富。
首先，ＷｏｒｌｉｋａｒＡＳ等对热声制冷机中热声板叠周围低马赫数非稳态流动的演变过程进行了数值模拟…。
之后，ＷａｔａｎａｂｅＭ等通过与线性热声方程的比较，建立了基于截面平均的准一维近似的热声发动机声学方程旧１。
该方程的本质是弱非线性的、时域表达的。
在此基础上，他们用数值模拟的方法获得了驻波发动机的起振、饱和及消振过程，其稳态时的波形模拟结果与实验也很相近。
ＫａｒｐｏｖＳ等对声学方程中的动量和能量交换项进行了修正，提出了一般的、时域的、完全非线性的模型【３Ｊ，能预测系统对不同横截面积、板叠位置、流体特性和其他设计变量的反映。
该模型在频率域的小振幅情况下可以简化为ＲｏｔｔＮ的线性理论。
通过对模型进行求解，可以获得系统的起振温度、非线性饱和过程、各阶模态的稳定性等有意义的解析结果，这项工作填补了非线性热声模型的空白。
美国德克萨斯大学的ＨａｍｉｌｔｏｎＭＦ等［４’５１用摄动方法获得了系统本征频率的渐进表达式，并通过对不同形状谐振管的数值计算建立了此渐进公式的使用范围。
他们通过拉格朗日方法对谐振管各频率之间的非线性作用进行了研究，获得了幅值与频率相互关系及基态模式非线性谐振频率跳变的解析结果，推导出了一个二维非线性热声模型。
该模型主要对两种非线性效应进行了研究：（１）系统由起振到振动饱和稳定的过程；（２）谐振管的形状对非线性波形的影响。
荷兰ＬｙｃｋｌａｍａＪＡ等利用ＣＦＤ对行波热声系统进行模拟（６Ｊ。
模型中考虑的管内气体为可压缩气体，在时域内进行轴对称的层流流动；传热方面，假设管壁与气体理想热接触，呈线性温度梯度；另外还考虑了非线性Ｎ—Ｓ方程。
ＣＦＤ结果模拟出了系统从起振到饱和的过程，并直观地显示出高频情况下出现的强烈的非线性效应：直流与激流同时出现，激流导致了漩涡的出现，进一步，导致了热对流（见图１）。
这是首个针对热声系统’的完整的ＣＦＤ结果。
’
图Ｉ热机中速度场变化
Ｆｉｇ．１Ｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｅｒｉｇｉｌｌｌｅ
美国ＩｌｉｎｓｋｉｉＹＡ一１从理想气体的动力学方程出发，建立了一维驻波模型，并给出了圆柱型、喇叭型、气泡型谐振管非线性频谱方程数值积分的结果，可以从理论上解释热声现象中出现的跳频、滞后效应和波形扭曲等现象，指出了谐振的加强与减弱对谐振管形状的依赖关系。
在实验方面，ＡｔｃｈｌｅｙＡＡ等［１１通过实验研究，采用质量因子Ｑ描述起振过程，得出质量因子的倒数与温度差的关系图的一致性。
质量因子表达式如下：
Ｑ＝一∞Ｅ。
ｌｉｔ＇（１）
其中Ｗ是指热声发动机总的能量输出，Ｅ是存储的声能，∞是振荡的角频率，这些数据都可以通过实验得到，这里不详细介绍。
分析得出的质量因子１／ｑ与ＡＴ的关系图（图２），说明了质量因子的倒数在描述起振过程中具有很好的连续性。
图２ｌ／Ｑ与ＡＴ的关系图
Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ
ｌ／口ａｎｄ△ｒ
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热声起振机理的研究进展
作者：刘靖， 邱利民， 赖碧翚， 孙大明， Liu Jing， Qiu Limin， Lai Bihui， Sun Daming 作者单位：浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027
刊名：
低温与超导
英文刊名：CRYOGENICS & SUPERCONDUCTIVITY
年，卷(期)：2008,36(2)
参考文献(25条)
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