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行波型热声发动机的研制及实验研究 张武 (浙江大学制冷与低温工程研究所杭州，310027) 摘要 热声发动机是将热能转化为声能的装置它结构简单，没有运动部件运行 可靠，壽命长无污染，且可利用太阳能、废热等低品位能源为动力行波型热 声发动机具有比驻波型热声发动机更低的起振温度、更高的热功轉化效率，从而 引起国内外同行的普遍关注 本文简要介绍了行波型热声发动机的研究意义和发展历史，回顾了热声理论 的发展历程介紹了流体网络理论及其在热声发动机模拟和计算中的应用，并就 热声起振机理进行了详细的分析和解释 自行设计并搭建了一台行波型热聲发动机，且利用图形化的编程语言 LabVIEW迸行了计算机数据采集的辅助工作大大提高了实验数据的精确度和 可靠性，并以氮气为工质进行了初步实验 实验结果表明，该系统具有起振温度低的突出优点即使充气压力为1．5MPa， 加热温度达到237C时就能起振。在充气压力为O．9MPa的条件丅该热声发动 机最大压比可达l，21远高于驻波型热声发动机，实验结果和理论分析均表明系 统的工作频率为25Hz左右实验装置的谐波比例非常小，且也没发现频率跳变 等现象实验中还观察到了直流现象，气体从回热器热端向冷端运动造成大量

热声驱动器微型化研究[专业：制冷及低温工程]声明：知识水坝论文均为可编辑的文本.. 热声驱动器微型化研究[专业：制冷及低温工程]声明：知识水坝论文均为可编辑的文本格式PDF请放心下载使用。需要DOC格式请发豆丁站内信

学号2112212Q ㈣㈣㈣㈣唧 独创性声明 本人聲明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文Φ不包含其 它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江太堂或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的哃志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 夲学位论文作者完全了解塑江太堂有关保留、使用学位论文的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论攵被查阅和 借阅本人授权浙堑太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 学位论攵作者毕业后去向： 工作单位： 电话： 通讯地址： Taconis热声振荡的数值模拟研究 郭轶楠 (浙江大学制冷与低温研究所，杭州310027) 摘要 当单端开口细長管的开口端处于低温环境且两端存在较大温差时，管内可能 Taeonis振荡对揭示热声振荡机理以及推进热声热机的研究有重要意义基于热 声理論，本文致力于应用计算流体动力学(CFD)方法系统揭示Taconis热声振 荡的发生机理和能量转换过程主要开展了以下几个方面的工作： 1、Rott线性热声理論的有限拓展。Rott线性热声理论利用对体积流率、压 力、温度等参数进行截面平均的方式降低了空间维度及求解难度但同时截面平 均的方法屏蔽了诸如截面上声场变化、能量变化等重要信息，阻碍了对热声现象 的理解及发展因此本文以当地参数代替截面平均参数对Rott线性热聲理论进 行拓展，利用拓展后的线性热声理论对Taconis热声振荡进行了求解和分析揭 示了Taconis振荡中的热声转换机理。 研究进展发现缺少对Taconis管内聲场及源项／耗散的三维空间分布研究，主要 原因是Rott线性热声理论采用截面平均的方法将空间维数降为一维对声场及 源项／耗散三维空間分布的研究，有利于揭示Taconis振荡热声机理本文利用 CFD商用软件对氢工质和氦工质的Taconis振荡进行了数值模拟，成功模拟出了 动态起振过程得箌了Taconis热声管的压力、速度、密度等参数的三维空间分 布，结合拓展后的Rott线性热声理论进一步得到了驻波分量源项／耗散、行波 分量源项／耗散、粘性耗散及热弛豫耗散等的三维空间分布。 3、氢工质Taeonis热声振荡机理研究利用Matlab强大编程和图形化能力， 对稳定振荡下的CFD模拟结果進行分析处理得到了Taconis管内的声场及相 关热力参数的空间分布，对Matlab数据处理后的参数空间分布分析发现声场中 成声场中声功损失；声场中駐波分量主要发生在离Taconis管壁1个粘性渗透深 l 度以外区域由于与壁面的传热滞后使得在此区域驻波分量成为Taconis振荡过 程中的主要源项；粘性耗散主要发生在低温段，热弛豫耗散主要发生在室温段； 在大温度梯度区间运动粘度随温度增大会导致Taconis管壁附近行波分量增大从 而导致泵热損失增大 进行了模拟，对比研究了氢和氦工质的模拟结果得到了密度变化差异是导致两 者振荡不同的主要原因，其中氦工质在4-20K温度区間密度有剧烈变化密度的 剧烈变化同时导致流体速度的急剧变化。由于4—20K温度区间密度及速度的变化 量不是一阶小量线性热声理

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