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．     

变径管对双级行波热声发动机的性能影响研究

在双级行波热声发动机的谐振管中加入变径管,并利用deltaEC(Design Environment for Low-amplitudeThermoAcoustic Energy Conversion)对其进行数值模拟分析,探究变径管在2个热声热机单元中无负载及外接负载时,对换热器间温差和回热器声功输出性能的影响.通过...     

流体谐振型时均流诱导声振荡二维数值模拟

针对时均流通过十字型深腔结构时产生的"流体谐振型"声振荡现象,采用大涡模拟方法进行数值模拟研究.发现动态Smagorinsky-Lilly模型和壁面自适应局部涡黏模型均能较好描述振荡频率和压力振幅随时均流速的变化规律,但后者对雷诺应力预测不足.计算结果表明,在支管内会形成典型的驻波声场,并随着流速的变化表现出不同的水力模态和声学模态特征.在此基础上,揭示流体谐振型时均流诱导声振荡的发生机理:驻波声场影响涡结构的脱落以及运动轨迹,而涡结构在运动过程中向谐振腔内的声场输出能量,完成两者的耦合作用.     

倾斜流作用下柔性立管涡激振动的数值模拟

针对倾斜角度为60°来流作用下细长柔性立管的涡激振动问题,应用基于浸入边界法的三维水动力并行计算程序Cg LES_IBM,并结合隐式结构动力计算程序X-code,进行了直接数值模拟。研究发现:柔性立管振动表现出明显的驻波特征,绝大部分的振动能量集中在一个窄频段上。两向振动的相位差沿展向周期性变化,在顺流向振动结点处出现180°的相位切换,振动轨迹也对应出现了逆时针和顺时针"8"字形的变化。流体力的时空分布呈现行波和驻波的混合模式。立管大部分处于激励状态,仅在横流向振动结点以下一定范围内处于阻尼状态。倾斜的尾流导致流体力也呈现出一定的行波特征。     

局域共振薄膜结构的管腔热声耦合振荡抑制研究

针对不稳定热释放与声场耦合而产生的热声振荡现象,严重影响燃烧系统的稳定性和振动噪声水平的问题,本文提出一种有效的热声耦合振荡抑制策略。本文基于能量原理和声压连续条件建立了周期分布局域共振薄膜结构-管腔-火焰耦合模型,研究了薄膜结构对管腔热声耦合系统热、声模态稳定性的抑制作用,并揭示了周期结构声学带隙对系统模态稳定性的影响规律。结果表明：薄膜结构可实现管腔耦合系统的多模态不稳定性抑制,尤其对声模态特征有显著的干涉作用。此外,可以发现热声耦合系统特征根分布受声学带隙影响较大,部分模态急剧向低频偏移,且所研究频段范围内模态稳定性均得到了改善,充分说明了本文所提出周期性局域共振薄膜在热声耦合不稳定性抑制方面的有效性。     

相位比较法在声速测量中的应用

介绍了在声速测定实验中利用声速测定仪、双踪示波器、低频信号发生器等实验仪器,提出了测量声驻波相位的一种直观方法,采用信号发生器发出的信号直接输入Y1,将接收器接收到的信号输入Y2,X轴仍输入扫描信号.在测量声压驻波振幅变化规律的同时与原信号的相位进行比较,可看到相位发生变化的规律.从而证实驻波相位的特点,在相邻2个波节间的各点同相,而位于1个波节的2侧的2点反相.用李萨如图形法测量声速误差较小.     

流固混合声子晶体中负折射与导波特性研究

针对声子晶体中负折射现象产生的原因以及调控波导的方法,本文研究了工字型钢在空气中正方形排布所形成流固混合型声子晶体的波动特性。数值计算是通过有限元方法进行的。根据等频率曲线确定声子晶体产生负折射的频率,并进行模拟验证。通过引入线性缺陷,设计直线和折线型波导,调控波的传播。并通过引入耦合共振缺陷,研究结构中耦合共振波导的波动特性。结果表明：在?=0°的声子晶体中,5 255 Hz时波仅沿y方向传播。在?=45°的声子晶体中,3 045 Hz时波的传播会出现负折射现象。只有在特定的频率范围内,波在Z型线性波导中能够较好地传播。在不同的频率范围内,波在2种直线型耦合共振波导中均能够较好地传播。相关结果为流固混合型声学器件的设计提供一定的数值基础。     

高功率过模返波管中模式控制研究

采用过模结构,克服常规返波管(BWO)中截止径的限制,提高器件内径,有效地降低同等功率条件下器件内表面的强场,使其低于器件内表面的强场击穿阈值,可以克服器件内表面的强场击穿问题。根据BWO的振荡机理,引入过模反射腔,并使其同相应的慢波结构匹配,克服了过模结构中的模式竞争问题,提高了电子束同慢波结构互作用效率。从理论和模拟两个方面研究了过模返波管中的模式控制,设计了一个X波段输出功率接近10 GW、效率约50%的过模返波管器件。     

改革开放后中国经济周期性波动的原因和变化特点

按照学术界较为统一的划分办法,我国自改革开放以来已经经历了四次经济的周期性波动,目前正处于第五次经济周期过程中.由于我国的经济周期性波动具有西方经典周期理论所不能解释的一些特点,因此在对经济周期的一般理论予以介绍的同时,着重指出我国经济周期波动的形成原因,并对90年代以来的第四次经济周期性变动的新特征作了一些探讨.     

驻波热声发动机振荡频率转换特性

为了研究驻波热声发动机的起振特性和频率转换特性,理解频率模态转换发生的条件,根据热声网络理论,对不同充气压力下驻波热声发动机的基频和二阶频率下的阈值温度进行预测.计算在不同充气压力和加热温度下驻波热声发动机的品质因子,分析在不同条件下的起振状态和频率转换特性,并在自行设计的驻波热声发动机实验台上测量起振温度和频率转换条件,将测量结果与计算结果进行对比验证.计算的起振频率和频率转换特性随充气压力的变化趋势与实验结果符合较好.     

变负载法研究热声发动机的声功输出特性

为提高热声发动机的驱动能力并为有效负载的设计提供参考，对一台行波热声发动机的声功输出特性进行了研究.应用变负载法，对该热声发动机的声功输出进行了精确测量.分析得到声功输出与热声发动机压比、加热功率和加热温度之间的相互影响关系.通过改变阀门开度和气库容积大小，分析了负载的阻力和空体积对声功输出和系统热效率的影响.结果表明，在输入功率为2.3 kW，充气压力为2.6 MPa，工作频率为51 Hz时，该热声发动机获得了122 W的最大声功输出.为设计与热声发动机系统具有良好匹配的热声制冷机及其他有效负载奠定了基础.     

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.     

基于热声网络理论的驻波热声发动机起振模拟

为了研究驻波热声发动机的起振条件并更好地理解热声振荡的机理,采用热声网络理论对驻波热声发动机的起振过程进行模拟.从线性热声理论中的控制微分方程出发,推导出存在温度梯度的板叠传输矩阵的3种不同表达式,并通过计算对比3种计算方法的精度.根据热声网络理论,对自行设计的驻波热声发动机进行整机模拟,计算起振温度和频率随充气压力和板叠间距的变化,并与实验结果进行对比,计算的起振温度随充气压力的变化趋势与实验结果基本相同.计算结果表明：不同的充气压力应选择不同的板叠间距.对该驻波热声发动机,其最佳的板叠间距应为热渗透深度的2.20～2.30倍.     

声速测量实验中声波的研究

为了能对声速测量实验中的声波在理论上作更深入的研究,讨论了声速的测量方法及实验原理,对声速测定仪的发射器与接收器之间入射波与反射波叠加的合成波方程进行了推导,得到两换能器之间超声波的状态为行驻波。实验结果表明,可以用相位比较法和驻波共振法测出超声波的声速,同时这两种方法的测定结果与理论值的相对误差分别仅为2%和1%。     

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.     

超声辅助抛光流场规律CFD仿真分析

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明:超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅助的抛光效果;利用有效加工区域和驻波现象可以使试件加工效果达到最优,二次空化和滞后现象有助于揭示超声辅助抛光过程的作用机制和规律.     

磁性流体行波泵实验装置的研究

磁性流体行波泵作为磁性流体的典型应用已经得到了普遍的关注。行波磁场的产生、泵体结构的设计、磁性流体的动力学特性等均为磁性流体行波泵研究的关键技术。根据行波磁场产生的形式设计了旋转型磁性流体行波泵。行波磁场作用下的磁性流体流量与产生行波磁场的永磁转子的磁极旋转的角度有直接关系,永磁转子磁极旋转过的角度越大,其流量也越多;行波磁场的强弱对磁性流体流量也会产生影响,当永磁转子磁极旋转相同角度时,磁场越强,其流量越大;在永磁转子旋转相同角度时,行波磁场的频率只能影响磁性流体的流速,对流量不直接产生影响。     

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.