负载阻抗对热声发动机性能影响分析

为了探索负载的阻抗特性对热声发动机性能的影响，利用线性热声理论，对驻波型热声发动机驱动阻容负载进行了数值模拟.根据模拟计算结果，分析讨论了阻容负载的阻抗对热声发动机的压力振幅、压比、速度振幅、板叠热端温度以及传递给负载的声功率等性能的影响.在模拟计算的基础上，进行了热声驱动阻容负载的初步实验.计算和实验结果表明，当负载的声阻与容抗相等时，热声发动机向阻容负载传递的声功率最大，此时，负载入口处的压力振幅和压比最小，板叠热端温度最高；阻容负载容抗越小，对应的声功率和板叠热端温度的峰值越大，而压力振幅和压比的谷值越小.     

热声发电系统最大声功捕获特性分析

为了使热声发电系统实现最大声功捕获,提出一种基于热声发电系统声学阻抗设计方法,通过选择合适弹簧刚度系数和谐振电容参数使热声发电系统声学阻抗匹配捕获声功最大.根据相似定理和热声发电系统声学阻抗流源机理,采用类电路相量法建立声功捕获模型,推导声功函数与各元件参数关系.以直线发电机安全运行为约束条件,推导出直线发电机弹簧刚度系数和谐振电容设计表达式,通过数值计算和实验验证了优化设计方法的合理性.     

可大幅提高热声发动机压比的二级声压放大器

为进一步提高声压放大器的输出压比(波动压力的最大值与最小值之比),同时降低功耗,在理论计算的基础上提出了一种级联式声压放大器结构,并进行了实验验证.以高纯N2作工质,在充气压力为2.140 MPa、行波热声发动机加热器壁面温度为670 ℃情况下,二级声压放大器把压比从放大器入口的1.177放大到1.619,这是目前在热声发动机上达到的最大压比.与单级声压放大器相比,其最大压力振幅提高了42.79%.放大器在1.23压比下输出160 W的最大声功.并采用DeltaE对二级声压放大器进行模拟,计算结果和实验结果吻合良好.     

Rijke热声管的热声特性研究

根据G．W．Swift的著作，进一步推导出了相应的热声理论公式，通过实验，分析了典型Rijke热声管的发声特性，并首次涉及了该问题的某些非线性内容。     

变截面共振管的声特性研究

对一种变截面共振管中的声场特性进行理论分析和实验研究，得出管中的声压分布和声压最大时所对应的声源输出频率，为热声制冷的实用化提供了声学依据。     

新型热声发动机驱动的脉管制冷机实验研究

为完全消除低温系统中的运动部件,简化低温系统结构并提高其可靠性,对自制新型热声发动机驱动的脉管制冷机系统进行了实验研究.对热声发动机的性能进行了实验分析,确定出系统充气压力和制冷机的接口位置,将一台单级小孔型脉管制冷机接到系统中.通过调节小孔阀,对脉管制冷机性能进行了优化.结果表明,以氦气为工质,在充气压力为2MPa时,发动机单独运行时最大压比达1.19,驱动单级小孔型脉管制冷机获得了119K的低温,这为热声制冷机系统应用于天然气液化奠定了良好基础.     

行波热声发动机中Gedeon直流定量研究

针对行波热声发动机的环路结构可能引起声场Gedeon直流损失的问题，对热声发动机环路内的Gedeon直流进行了定量研究，从而进一步提高行波热声发动机的热效率.分析了Gedeon直流的产生和作用机理，基于线性热声理论，建立了热声回热器的简单焓流模型.利用实验测得的回热器温度数据，通过求解焓流模型，分析了Gedeon直流的规模及其对回热器温度分布的影响.结果表明，利用简单焓流模型计算得到的Gedeon直流流率与实验结果吻合较好.Gedeon直流对回热器的轴向温度分布影响显著，当Gedeon直流流率的绝对值达到2.0 g/s时回热器的轴向温度就已经严重偏离线性分布，此时回热器的效率较低.     

热声网络理论及其在热声热机工程中的应用

介绍了热声网络的基本理论,论述了热声热机工程中网络模型的研究方法,指出了热声网络理论的发展方向.     

热声理论的研究进展

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—热声自激振荡或热声泵热.热声效应在热声热机（制冷机）、热声空调、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、格子气模拟以及非线性热声理论等方面的一些最新成果.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,提出了一些有待解决的问题和研究思路.     

热声理论的研究进展

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（制冷机）、热声空调、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、格子气模拟以及非线性热声理论等方面的一些最新成果．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,提出了一些有待解决的问题和研究思路．     

耦合管道系统在热声发动机中的传输特性

为了优化热声发动机和脉管制冷机之间的匹配,在流体网络模型的基础上,结合线性热声理论,推导了三管道耦合系统的传输方程,利用DeltaE对耦合系统在不同直径和长度下的压比放大特性和入口所需声功进行了理论计算和对比.各管道采用合适的直径,在行波热声发动机上对管道耦合系统的压比放大特性进行了实验验证.采用RC负载法测量耦合系统末端的声功,研究了在末端不同阻抗下耦合系统的声功输出特性.理论预测和实验结果趋势一致.实验中采用高纯N2作为工质,当工作压力为2.20MPa时,在耦合系统末端获得了1.50的压比;在一定的输出阻抗下获得了105W的输出声功.     

热声发动机驱动的脉管制冷机模拟及实验研究

基于回热器计算软件REGEN3.2,通过数值模拟分别研究了热声发动机的频率、输出压比、充气压力以及脉管制冷机的回热器长度对热声驱动的脉管制冷机制冷性能的影响,并预测了该台脉管制冷机的最低制冷温度为45K.实验研究了不同工质、热声发动机输出压比、声功输出装置以及脉管制冷机回热器长度对脉管制冷机性能的影响.实验结果表明,热声驱动的脉管制冷机的优化方向为提高热声发动机的输出压比、降低频率以及适当提高充气压力,这与数值模拟结果吻合较好.实验采用氮气-氦气双工质并以亥姆霍兹共鸣器作为声功输出装置和声压放大器,行波型热声发动机驱动的单级斯特林型脉管制冷机获得了65K的最低制冷温度.     

虚拟预测方法在柴油机低噪声设计中的应用

为了降低柴油机的整机噪声，采用虚拟预测方法对该发动机的机体进行了低噪声改进设计.该虚拟预测方法采用了多体动力学法 有限元法 声学仿真法的集成预测方法， 用多体动力学分析机体承受的动态载荷，用有限元法分析载荷作用下的动态响应. 用声学仿真法分析了由机体表面的振动而辐射的噪声.依据该方法提供的振动与声学信息，对某发动机的机体和曲轴箱结构进行了改进，并比较了机体上某点的振动加速度值和辐射噪声值.结果表明，该虚拟预测方法的结果与试验结果吻合较好.改进后机体上与辐射噪声较大的薄壁件连接部位的振动显著降低，机体的噪声也得到了降低.     

考虑机械损失时发动机功率效率特性

发动机实际工作过程中存在各种机械损失,在考虑了发动机实际工作过程中的各种机械损失后,建立了热机热力循环有限时间热力学模型,讨论了发动机机械损失功率与发动机循环参数之间的变化规律.导出了考虑各种机械损失后,发动机输出功率、热效率特性与循环参数之间的解析关系式,从理论上阐述了它们之间的影响规律.最后以发动机实际工作过程为例计算了考虑机械损失功率后,发动机循环参数对发动机热效率、输出功率的影响规律.所得结论与发动机实际工作过程相吻合,对发动机设计有一定的参考价值.     

动态法测量机油消耗

发动机油消耗的测量方法有多种，但在测量精度及效率各有不同，着重介绍动态法测量发动机机油消耗的工作原理和特点及运用。     

求解声波动方程的隐格式有限体积法

为研究声传播问题,提出一种声波动方程的隐格式有限体积法,该方法将格点型有限体积法与Newmark格式相结合.模拟平面波的传播过程,对比分析隐格式有限体积法和文献中显格式有限体积法的精度、稳定性及计算消耗等方面的性能.数值结果表明:当λ/Δx≥10时,两种算法均能得到满足精度要求的解;采用无条件稳定的隐格式算法,当满足ω0Δt≤0.3时,预测声压的相对峰值误差1%;当采用相同时间、空间步长时,隐格式算法精度高于显格式算法;隐格式算法对吸收边界的处理精度高于显格式算法,但对全反射边界的处理精度低于显格式算法;两种算法内存消耗比较接近,显格式算法的CPU耗时较少.     

Investigation on porous frequency of regenerator of microminiature thermoacoustic refrigerator

A new method was proposed to directly measure the effective resistance and distinguish the porous frequency in the regenerator of the microminiature thermoacoustic refrigerator. Measured results were compared with the flux gain factor and transmission loss of the real system. The results show that the agreement between the range of the porous frequency and frequency of the system is good, the method can be used to predict the porous frequency of the regenerator in production.     

Investigation on porous frequency of regenerator of microminiature thermoacoustic refrigerator

A new method was proposed to directly measure the effective resistance and distinguish the porous frequency in the regenerator of the microminiature thermoacoustic refrigerator. Measured results were compared with the flux gain factor and transmission loss of the real system. The results show that the agreement between the range of the porous frequency and frequency of the system is good, the method can be used to predict the porous frequency of the regenerator in production. Foundation item: Project supported by the Postdoctoral Science Foundation of Central South University