驻波热声热机的最优频率特性

对驻波热声热机平板型回热器的频率进行了优化,导出了声功率最大时的最优频率,通过数值算例讨论了平板间距、板叠温度梯度等参数对最优频率的影响.     

压比对回热器性能影响的理论分析

采用谐波分析法,对回热器进行了模拟.针对热声发动机与线性压缩机输出压力波特性的不同,分析了输入压比对回热器性能的影响.计算了给定输入声功率、不同输入压比条件下回热器的优化尺寸,可为脉管制冷机回热器的优化设计提供参考.     

热声回热器的频率特性研究

引入传输损耗的概念,采用集总参数和分布参数两种方法,分析了热声热机中连续结构回热器的频率特性,两者的计算结果十分接近。同时,考虑集肤效应的影响,研究了不同出口条件下回热器的传输损耗特性,结果表明,出口条件的变化不会对回热器的固有频率产生影响,进一步证明了频率特性是回热器的固有属性。这种理论计算的方法为实验法测量回热器的频率特性提供了一定的依据。     

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。     

回热器的热声网络模型

从基本守恒方程出发，以多孔介质毛细管束模型为基础，建立了回热式热机回热器的有源热 网络模型，并且根据网络理论及热声理论对有源热声网络模型中源项的特性进行了讨论。     

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。     

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。     

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。     

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。     

定加热温度下热声发动机声功输出特性研究

对定加热温度下行波热声发动机驱动阻容负载进行了数值模拟,分析讨论了声阻和容抗对声功输出的影响。以氦气为工质,在充气压力为3 MPa、加热温度为923 K的条件下,对不同气库体积的热声系统进行了模拟;此外,还采用负体积气库模拟了阻抗虚部为正值的情况。计算结果表明,容抗值较大时,在负载相位角约为-45°(或45°)时,声功率存在一个极大值;当容抗值较小时,声功率会出现两个极大值和一个极小值,且在负载阻抗相位角约为-45°(或45°)时为极小值;此外,声功输出最大值与效率最大值对应的阻抗并不相同。     

Temperature difference generated in thermo-driven thermoacoustic refrigerator

The work proposes a simple and feasible calculation method--network model method to calculate temperature differences generated in thermo-driven thermoacoustic refrigerator (TAR). The theoretical calculation model is first built. The network model is given and used to make numerical calculations under different conditions including heat-pump stack positions in TAR, different oscillating pressure ratios (PR), plate spacings and different stack geometries. Theoretically calculated results show that the former two factors make significant influence on temperature differences, the influence of stack spacing on temperature difference has relation with PR, and cooling effect of pin-array stack is superior to that of parallel plate stack under other same conditions. Furthermore, theoretically calculated results and experimentally measured data are in good agreement at small acoustic pressure amplitude.     

Impact damage detection in composite laminates using nonlinear acoustics

The paper demonstrates the application of nonlinear acoustics for impact damage detection in composite laminates. A composite plate is monitored for damage resulting from a low-velocity impact. The plate is instrumented with bonded low-profile piezoceramic transducers. A high-frequency acoustic wave is introduced to one transducer and picked up by a different transducer. A low-frequency flexural modal excitation is introduced to the plate at the same time using an electromagnetic shaker. The damage induced by impact is exhibited in a power spectrum of the acoustic response by a pattern of sidebands around the main acoustic harmonic. The results show that the amplitude of sidebands is related to the severity of damage. The study investigates also the effect of boundary conditions on the results.     

阻力矩阵法计算斜波入射下平板的声辐射

利用声辐射阻力矩阵和振动面上的速度矢量预报了结构声辐射的总功率.振动面等效为有限个活塞振动单元.通过计算,得到了嵌在无限大障板中简支板模型在斜波入射作用下的声辐射功率和辐射效率.利用阻力矩阵法,不仅避免了声场的计算,而且能达到经典法所能达到的精度.这样,在辐射计算经典方法所需的辐射声场难以测量的情况下,阻力矩阵法尤为有用.     

利用附加质量载荷降低薄板声辐射

通过附加质量控制薄板结构声辐射问题。先建立有限元的结构声辐射优化模型,用有限元法和瑞利积分计算薄板结构的声辐射功率。再以不考虑刚度的平板质量单元描述分布质量载荷,以质量单元的厚度为设计变量,研究简谐激励下的薄板结构声辐射优化问题。数值算例表明,优化后的附加质量载荷有效降低了薄板声辐射功率。该方法工艺上教易具有实用工程价值。     

气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究

本文对气介式功率超声复合换能器的辐射声场进行了理论计算并与实验结果进行了对比。该复合换能器由夹心式纵向振动半波长换能器及弯曲振动的薄圆盘组成。从理论上推出了弯曲振动辐射圆盘在不同边界条件下的辐射声场分布及其共振频率方程。理论分析结果表明,固定边界弯曲振动圆盘辐射声场的指向性最佳,并且指向性的理论计算结果与实验结果符合很好。     

针束型回热器的优化及其与电声制冷机的匹配

采用网络模型优化设计出针束型回热器及其与电声制冷机的匹配关系.回热器采用针束型填料,钢针针径、针间距分别按最大冷量因子、最大冷量因子和最小损耗因子确定;以制冷系数为优化指标,按分布参数网络模型优化出回热器、两端换热器的长度及其与制冷机系统的匹配关系.     

层合板频率响应与声功率双目标优化设计

利用遗传算法对复合材料层合板结构的固有频率间隔和辐射声功率进行双目标优化设计。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的固有频率和振速分布。通过声辐射模态理论,计算层合板结构辐射声功率。以铺设角度作为设计变量,第一阶与第二阶固有频率间隔和辐射声功率作为双目标优化目标函数,以某4层的层合板结构为例,采用目标加权法优化目标函数。研究了不同权重系数、不同频率时固有频率间隔最大化和声功率最小化对应的优化铺设角度。由数值分析结果可知:不同的权重系数比下获得的Pareto最优解不同;在同一权重系数下,两个优化目标所起的作用不尽相同;随着频率的增加,选择相对较大的权重系数可使Pareto最优解较好地兼顾两个优化目标。     

聚乙烯自增强复合材料损伤过程的声发射特征

复合材料在承受外载时, 声发射可产生于基体破裂、纤维-基体界面脱粘和纤维断裂等。测定了U HMWPE/ HDPE 复合材料在拉伸载荷作用下的声发射(AE) 振幅信号。对特殊试样, 即预测到断裂有明确方式, 如纤维-基体界面脱粘、基体破裂、纤维断裂和分层等的试样, 实施加载直至破坏。用扫描电子显微镜(SEM) 观测试样的断裂表面, 对产生于若干特殊损伤类型的AE 信号进行了鉴别。在相同加载条件下, 完成了不同种类的U HMWPE/ HDPE 准各向同性层合板声发射检测。结果在特殊试样损伤类型与声发射信号事件振幅之间建立了对应关系, 揭示了上述各种准各向同性层合板损伤扩展过程的AE 特征与损伤破坏机制。各种准各向同性层合板试样的声发射事件累计数对拉伸应力关系曲线相异, 其相同损伤类型发生时所对应的拉伸载荷水平不等, 表明它们的铺设角度和铺设顺序对损伤演变过程有显著的影响。结果证实了它们的最终破坏由严重层间分层造成。      

来流作用下板表面声辐射频率的影响因素分析

采用Ansys Workbench 15.0自带DM模块构建来流作用下的板模型,利用MESH模块划分网格,以及System Coupling模块进行流固耦合计算,验证数值模拟的可靠性,并对影响板表面声辐射频率的因素进行分析。数值模拟与分析结果表明,在来流作用下的板模型中,板表面声辐射主要由平行于来流方向的脉动压力产生,与壁面上垂直于来流方向的脉动压力、板后的大涡、板的固有频率无关;来流作用下板表面声辐射的基频与来流作用下板振动的基频、板后空腔的基频相同,是板后大涡基频的两倍;在大涡外且不在板后空腔的流场区域内,脉动压力无基频存在;在大涡模拟已经趋于统计稳定的情况下,FW-H与LES的非同步计算可以达到和同步计算一样的效果。