基于DeltaE的热声驱动脉管特性数值研究

论文摘要

热声驱动的脉管制冷机是以基于热声效应的热声发动机作为脉管制冷机的驱动源来达到制冷效果的一种新型制冷装置。该装置具有无运动部件、无污染、可靠性高等优点,受到科研工作者的关注。本文首先回顾了热声发动机和脉管制冷机的研究背景和发展进程,介绍了热声发动机的应用情况,介绍并定性分析了热声效应,详细分析了驻波声场和行波声场的区别；另外,介绍了线性热声理论、非线性热声理论以及热声流体网格理论；然后介绍了几种典型的脉管制冷理论。详细介绍了实验室现有的热声发动机并设计制造了与之相匹配的脉管制冷机,并进行了初步实验。利用热声模拟软件DeltaE对空谐振管频率特性进行了模拟,并将模拟结果与利用理论公式计算结果进行了对比；模拟了不同频率下谐振管对压力振幅的放大作用,并根据模拟结果对实验室现有的实验台的谐振管进行了优化设计,分别设计了两种不同频率下的谐振管：频率为47Hz,谐振直管长度为1.9m,管径为100mm,谐振尾管长度为lm,管径180mm；频率为83Hz,谐振直管长度为1.1m,管径为100mm,谐振尾管长度为0.3m,管径180mm。另外介绍了亥姆霍兹共鸣器的原理并利用DeltaE程序模拟了不同管径、不同共鸣腔容积下亥姆霍兹共鸣器的声压放大作用,并设计了一个亥姆霍兹共鸣器。最后是全文的总结。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 热声技术发展历史和研究进展

1.3 热声发动机

1.3.1 驻波型热声发动机

1.3.2 行波型热声发动机

1.4 脉管制冷机的研究进展

1.4.1 脉管制冷机的分类

1.5 热声发动机的应用

1.5.1 热声发动机驱动脉管制冷机

1.5.2 热声发电机

1.6 本文主要工作

第2章热声理论与脉管制冷理论

2.1 热声理论基础

2.1.1 热声理论的定性分析

2.2 驻波声场和行波声场

2.2.1 声波及波动方程

2.2.2 驻波与行波的区别

2.3 热声理论

2.3.1 线性热声理论

2.3.2 非线性热声理论

2.3.3 流体网络理论

2.3.4 其他热声理论

2.4 脉管制冷理论

2.4.1 表面泵热原理

2.4.2 经典分析法

2.4.3 相位理论法

2.4.4 向量分析法

2.5 本章小结

第3章热声驱动的实验装置

3.1 热声发动机装置介绍

3.2 脉管制冷机装置

第4章热声发动机的数值模拟

4.1 DeltaE简介

4.2 谐振管的数值模拟

4.2.1 谐振管

4.2.2 空谐振管频率特性

4.2.3 谐振管频率数值模拟

4.2.4 谐振管的优化设计

4.3 亥姆霍兹共鸣器

4.3.1 亥姆霍兹共鸣器简介

4.3.2 亥姆霍兹共鸣器的数值模拟

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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