热声理论的研究进展

大学 郭方 中 埽 教 授 的研 究 小 组 首 次 提 出 了 等
变 了人们对动力机械的传统观念． 热声热机 （ 制冷 机） 由于其结构 简单 、 寿命长 、 无污染 、 运动部 无 件、 可利用太 阳能及其 它低品位能源等诸多优点 而倍受动力工程领域 和低 温工程领域的青睐． 美
常用 的计 算 方 法 有 Ｄ ｌ ｅａ—Ｅ 程 序 、 Ｆ ｔ Ｃ Ｄ模 拟 ｎ ］格 子气 自动 机模 型 等 ． 文 拟对 热 卜¨ 、 Ｈ 本
声理论 相关 方 面的研 究状 况做一 简要 介绍 ．
在 一根 两端 开 口大管 中的适 当位 置放 置 燃 烧着 的
氢火焰 ， 以激 发 出风琴 管 的声 音 ， 可 被称 为 “ 歌 焰” 而对热声现象的系统研究则始于 １ 世纪 ， ． ９ 但
是 直到 近 几 十 年 才 取 得 突 破 性 进 展 ＿ Ｊ热 声 热 ４ ． 机 （ 冷机 ） 是 利 用热 声 效 应 的能 量 装 换 装 置 ． 制 就 它 最 突出 的特 点 是 无 运 动 部 件 ， 一 特 点 彻 底 改 这
１ 网 络模 型
在对 斯特 林 热 机 回热 器 的研 究 中 ， 中科 技 华
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
的 系统 ， 既 简 单 又 复 杂 ． 它 简 单 ， 因 为 系 统 它 说 是 中只是 波 （ 波 、 波 或 混 合 波 ） 运 行 ； 它 复 驻 行 在 说 杂 ， 因 为它 的启振 模 态 、 行 机 理 以及非 线 性行 是 运 为等 等仍 有许 多未 解之 迷． 所谓 热声 效应 ＿ Ｊ是在 一 定 条 件 下 ， 能 与 １ ， 热 声能 相互 转换 的现 象 ． 它是 系 统第 一介 质 （ 可压 缩
国于 ２ ０世纪 ７ ０年 代 中开 始研 究 热 声 热 机 （ 冷 制 机 ） 日本 于 ８ ， ０年 代 末 跟 进． 在 美 国 、 现 日本 等 国
都已开始应用研究阶段． 国于 ６ 年代开始军用 我 ０
斯 特林制 冷机 研 制 ，Ｏ年代 初 开 始 立项 进 行 热 声 ９ 原 理研 究． ２ 在 １世 纪初 ， 国的小 冷量 、 寿命 自 我 长 由活塞 斯特 林 制 冷 机 已开 始 在航 天 器 上试 用 ， 热 声 谐振 管 的研 究 也 获 得 很 大 进 展 ， 些 新 的热 声 一 热 机和 热声 制冷 机 的实 验装 置不断 出现 Ｊ ． 对 热声 理论 的研究 是 从 对热 声 回热器 的研 究 开 始 的． 常用 的理 论 有 “ 常流 模 型 ” “ 变流 动 定 、交 模型”“ 、相移 模 型” “ 性 热声 模 型 ” “ 板边 界 、线 、短 层 近似 模 型 ” 、网络 模 型 、 非线 性 热 声 理论 等 ，
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ｏ ５ １６ ４ ） Ｎ ． １７ １３ 作者简介 ： 吴 锋（ ９ ５一） 男 ， １５ ， 湖北松滋人 ， 教授 ， 博士 ， 士生导师．研究方 向： 博 热能动力装置优化 ．
吴 锋 ， 青 ， 方中 ， 安 李 ２ 郭 舒 庆
（． １ 武汉工程大学理 学院， 湖北 武汉 ４ ０７ ；． ３０４ ２ 中国科 学院理化技术研 究所， 北京 １０９ ； ０ １０ ３ ．华 中科技 大学 能源与 动 力工程 学 院 ， 北 武 汉 ４ ０７ ） 湖 ３０４
摘 要： 简要介绍 了热声振荡 的基本原理 和特点 ， 在具有偏 置温差 的热声 核声通道 中熵波和振荡 流体的相互
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
第３ ４卷第 １ 期 ２１ ０ ２年 １月
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Байду номын сангаас
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Ｖｏ ． ４ Ｎ １３ ｏ １
Ｊ Ｗｕ ａ Ｉｓ． Ｔ ｃ ． ｈ ｎ ｎｔ ｅｈ
Ｊ ｎ ２ ２ ａ ． ０１
文章编号 ：６４—２６ （ ０ ２ Ｉ ０ １ ６ １７ ８ ９ ２ １ ） 一００ —０
热 声理论 的研究进展
收 稿 日期 ：０ １ １ １ ２ １ —１ —１
温回热器的网络模 型， 运用流体 网络阻 、 、 感 容等 概念 以及 热动 力学 理论 和 网络 方法 分 析研 究 了 回
热器 中流体的流动特性． 中科院低温 中心的 肖家 华＿ 根据固体壁 面与外热源 的热接触情况将 】 热声效应划 分为“ 等温热声 效应” “ 热热声效 、绝
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