| 题名 | 行波热声发动机负载耦合方式及谐振管声功损失研究 |
| 答辩日期 | 2011 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 戴巍 ; 罗二仓 |
| 关键词 | 行波热声发动机 谐振管 直线压缩机 RC负载 数值模拟 |
| 学位专业 | 硕士 ; 制冷及低温工程 |
| 中文摘要 | 热声效应是热能与声能之间相互转换的现象，其重要应用领域之一是热声发动机。行波热声发动机基于可逆的热声循环，具有潜在的高效率，其产生的声功可通过耦合各种声学负载进行输出利用。在行波热声发动机和各种声学负载组成的系统中，负载耦合方式和谐振管对整个系统的性能有着至关重要的影响，有待深入的研究。围绕负载耦合方式和谐振管声功损失，本文开展了以下工作： 1. 负载末端耦合时行波热声发动机的性能研究 利用热声软件Delta EC进行数值计算。结果表明，当负载末端耦合时采用简单的直管谐振管，行波热声发动机也能达到较好的性能。谐振管的内径、内壁粗糙度和负载阻抗相位对发动机性能均有显著影响。对比不同内径的谐振管发现，选择合适的谐振管尺寸可以有效降低谐振管的声功损失，同时可以一定程度上降低谐振管内壁相对粗糙度对发动机性能的负面影响。 2. 谐振管声功损失测量实验 实验系统由一台直线压缩机驱动一根等直径谐振管组成。分别以He和N2为工质，通过无负载、旁通耦合负载和末端耦合负载三种方式开展谐振管声功损失的实验研究。实验结果表明，随着压力波动的升高，谐振管声功损失增加；以He为工质，频率为88Hz时，压缩机可产生最大压力波动为1.20×105Pa，谐振管声功损失为92.3W；以N2为工质，频率为63.5Hz时，压缩机可产生最大压力波动为2.13×105Pa，谐振管声功损失为275.7W。将实验结果与Delta EC计算结果进行比较，在较大压力波动下，实验值与计算值误差很小，表明在较大压力波动情况下实验测量谐振管声功损失具有较高的可靠性。对比两种耦合方式，当频率和负载入口压比相同，采取末端耦合方式时，谐振管声功损失较少。 3. 谐振管内部机理和声功损失的CFD模拟 利用商用计算流体动力学软件Fluent的动网格技术，在实验工况条件下对谐振管的内部机理和声功损失进行CFD模拟分析。结果表明，在频率为88Hz时谐振管中部会产生高次谐波成分。分别使用层流模型和湍流模型，谐振管入口压力波动和谐振管声功损失分别为0.64×105Pa和77.0W、0.63×105Pa和88.2W。在声功损失上，层流模型时计算值与实验值的误差为16.6%；而湍流模型的误差仅为4.4%。因此，应用动网格技术对谐振管的声功损失进行模拟计算还是具有一定的可行性。但在入口压力波动上，计算值仅为实验值的一半，有待在今后工作中进一步改进。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.2.71:8080/handle/181331/10966]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_全文传递文献库_qwcd 学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | . 行波热声发动机负载耦合方式及谐振管声功损失研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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