回热器填料热声特性研究--网络模型算法的应用和验证

采用网络模型计算热声热机系统的输出声功率。对不同回热器填料以及对同种回热器在不同间距和不同振荡压力比条件下进行了数值计算，计算结果表明：在其它相同条件下，针束型回热器热机系统输出声功率比板叠回热器热机高。     

热声制冷机回热器的现状及展望

概括介绍了目前热声热机常用热声研究理论及常见类型的热声回热器。重点综述了目前常用回热器研究理论及实验研究进展,针对不同种类回热器进行简单分析对比。基于热声回热器发展的现状对回热器今后研究发展趋势进行了展望。     

回热器非线性热声动力学模型的研究

基于基本的守恒方程,研究了回热器在具有大振幅波动情况下的弱非线性热声动力学模型。其中,动量守恒方程采用理论性强的瞬态Darcy模型,能量守恒方程则包括了多孔介质的高阶耗散效应。采用摄动法,并在唯象的基础上获得了能描述包括声流（直流）在内的非线性动力学效应及由此而导致的非线性时均热声动力学效应的局部解析方程组,对加深回热器工作机理的理解具有一定的指导意义。     

热声热机系统振荡频率的理论计算与实验验证

以热声发动机为例采用网络模型计算了热声热机系统的振荡频率，得出振荡频率为复频率，其实部代表实际频率，虚部表示压力幅值的衰减程度。对热机系统在各种不同的情况下(包括不同大小的谐振腔、板叠间距、气体静压、系统长度)进行了数值计算，理论计算值与实验结果能很好的吻合。     

热声热机的网络模型与仿真研究

介绍了热声热机的网络模型和其仿真计算方法。所开发的计算程序能预测热声系统的声场、回热器等元件及系统的阻抗、以及包括制冷量、制冷温度、热流、声功和ＣＯＰ等的性能参数。本模型的仿真研究将为热声系统的优化设计提供前提和依据。     

热声热机的频率特性研究

热声效应是热声回热器与热声工质在一定的温度梯度作用下相互作用的结果,热声热机的频率是热声系统的一个重要参数,对于热声制冷机其直接决定了消耗声功而泵热的可能性.分别分析了不考虑热粘效应和考虑热粘效应时空谐振管的谐振频率,认为考虑热粘效应时,谐振频率大于不考虑热粘效应时的频率,同时分析了有温度梯度存在时的热声驱动器和热声制冷机的谐振频率,认为热声器件的存在改变了系统的频率特性,使系统的频率高于没有板叠存在时的频率.此结论对于热声制冷机的设计有重要的指导意义.     

热声制冷机网络模型中回热器H矩阵参数的测量

对热声系统的网络模型中回热器H矩阵的参数进行了分析,提出了一种H矩阵参数的测量方法。通过实验对简单圆管的无源网络进行测量,与模拟值有较好的吻合,证明实验系统是可靠的。在改变压力和频率的条件下对有源的热声制冷机回热器进行了测量和分析,模拟的结果与测量值基本上一致,流放大系数与模拟的结果偏差较大。说明热声系统是复杂的非线性系统,在线性假设前提下的热声网络模型的模拟结果会存在一定的偏差,尤其在大振幅条件下需要对网络参数进行测量和辨识,通过对网络参数的修正提高模拟的准确性。     

运动回热器的泵热制冷作用

讨论了运动回热器的泵热制冷作用，建立了运动回热器控制方程的解析解。根据由热声理论得到的回热器泵热作用判据，指出回热器的泵热制冷作用有流道上有截面分布，这个截在分布受回热器运动的严重影响；讨论了回热器运动的相位及振幅对其泵热制冷作用的影响，所得结论表明了热声理论对热式热机工程实践发展的重要指导意义。     

热声回热器频谱特性的研究--网络类比法的应用

采用网络类比法对回热器热声效应机理进行描述，并建立起网络类比数学模型，采用该模型对回热器不同填料的频谱特性进行了分析和比较。为回热器填料的选择以及回热器与热机系统频率的匹配提供理论依据。     

回热器内流动的频率依存性

基于多孔材料边界层动力理论，对低温制冷机或热声热机中回热器内的流动特性分析引入临界频率的概念，当频率高于该临界值时，系统内假定的泊肃叶（Poiseuille)流将会被破坏，由此会极大地造成压力波的衰减，期望这一概念有助于回热器的内动力损失的研究，我们对7种不同目数丝网和4种工质（氦、氮、氩和氢）进行了计算，结果表明临界频率与丝网尺寸以及工作流体的种类有关，而且在气体区域随温度而增大，在液体区域则相反。     

回热器的热声指标

在热声谐振管中,回热管的结构尺寸对于热声谐振管的性能起着关键的作用。本文通过分析得出了采用板叠结构的回热器的有源网络模型,并在此基础上提出了评价回热器性能的指标;输出端放空时的输入阻抗,输出端封闭时的输入阻抗,输出端放空时的正向流放大倍数,以此为基础可以进行热声制冷机的整机优化匹配设计。     

开式循环热声原理研究

稳定的开发流与热声循环的振荡流进行叠加,使开环流既是过程介质又是工作介质直接参与热声循环,从而构成开式热声系统,它具有与传统热声系统不同的热声作用机理。在开发式循环热声系统中,热声板叠中的温度分布和热流分布均发生有意义的改变。开式的循环声系统具有结构简单可靠、成本低和热效率高等特点,因而具有十分广阔的热声研究与应用前景。本文主要介绍了开式循环热声系统的工作机理和其网络模型。     

板叠式回热器的特征频率

提出回热器特征频率的概念,以热声器件的热动力学理论为基础,建立起热声回热器的分布参数网络模型,以实例分析并用Matlab编程计算回热器不同工质下的特征频率,得出了单一He气和He、Ar混合气体下回热器的特征频率分别为565 rad/s和1 300 rad/s以及回热器的阻抗特性和不同工作压力对回热器阻抗影响的关系图.通过计算分析以便为回热器与系统更好地匹配,以及为回热器热声转换效率的提高提供依据.     

热声制冷机声功的测量

将一种较为实用的两传感器的声功测量方法，应用于热声制机声功的测量中，分析和研究了制冷机声压和声功率随频率的变化特性，使用网络模型计算的结果与实验结果能较好地吻合，本研究也是对作者所开发的热声热机网络模拟计算程序和两传感器声功测量方法的验证与应用。     

Response of a thermoacoustic refrigerator to the variation of the driving frequency and loading

The performance of a thermoacoustic refrigerator subjected to variable loading was analyzed experimentally and the data were compared with those obtained using a computational model. The computational model relies on one-dimensional cross-section-averaged equations discretized using the network analogy. The thermoacoustic refrigerator was modeled by dividing it into 1 mm long slices in the direction of the acoustic axis. The hot heat exchanger of the thermoacoustic refrigerator was maintained at ambient temperature and the temperature of the cold heat exchanger was varied to achieve temperature differences of ΔT=0, 5 and 10 K along the stack. The cooling load was measured and calculated for these temperature differences while varying the driving frequency between 30 and 65 Hz. The contribution of the progressive and stationary waves and the losses on the thermoacoustic heat flow was computed and discussed.     

哑铃形热声谐振器的谐振频率

热声自激振荡模态取决于声学谐振器结构形式和特征尺度。级联型热声热机依靠哑铃形谐振器来调制所需要的局部高阻抗行波声场,谐振管通常由几段不同横截面的管段组成。哑铃形热声谐振器的谐振频率由共鸣腔容积、谐振管截面和长度共同决定。根据哑铃形谐振器不同截面管段内的声传播规律、共鸣腔声学边界条件以及管段间的声压和体积流率连续条件,利用行波叠加的方法,建立均匀管模型、变截面模型和热声网络模型,得到了系统谐振频率随共鸣腔容积变化和谐振管特征尺寸变化的规律。系统谐振频率的变化将引起最佳听音点的位置的移动,进一步起到调节回热器声阻抗的作用。实际热声热机实验研究中,通过改变谐振器特征尺度或结构形式调节系统的谐振频率,也是热声热机调试过程中实现自激振荡的主要手段。     

扬声器驱动热声制冷机的频率特性研究

对电声制冷机的电声效率的影响因素及与工作频率的关系做了实验研究。实验表明,回热器长度和填料种类、位置以及谐振腔长度、工作气体等都对工作频率有影响,存在一个频率迁移,使制冷机工作在优化范围。对于扬声器参数及电声效率计算采用网络模型做了验证计算。计算结果和实验是一致的。     

热声热机网络模型演化与机理初探

提出了热驱动的热声热机系统是一个动态的演化过程,并运用热力学网络分析方法对这个动态过程进行了实验研究,对实验结果进行了建模和分析.用参数激励机理的振荡理论分析了系统的演化过程,认为时变参数流感是系统演化的网络关键参数,提出了定量判据系统工作能力的指标调制度.