行波型热声发动机的数值模拟实验

首次采用有限元法(FEM),对行波型热声发动机实验系统进行了数值模拟,以线性热声理论作为计算模型,且与实验系统具有相同的几何结构和运行工况,同时采用有限元方法中的加权余量法对计算模型进行求解,通过自主编写的MATLAB计算程序,对热声系统进行一系列的迭代计算,计算结果成功观测到了行波型热声发动机系统内复杂的声场分布特性和流场特性。计算结果与实验结果的对比验证了有限元方法对行波型热声发动机模拟的有效性。     

利用分布参数法对热声热机的模拟计算

采用分布参数法,以行波型热声发动机网络模型为例进行了数值模拟计算,计算所用模型与实验模型具有相同的结构尺寸以及运行工况。计算以线性热声理论为基础,通过MATLAB编程,成功得到了整个热声系统的压力和体积流率分布状况,继而计算出了声功流的分布。     

基于复模态实验数据的粘性阻尼矩阵的修正

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正存在的动力模型是非常必要的。考虑用不完备复模态实验测量数据修正粘性阻尼矩阵的问题。在假定分析质量矩阵与刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优对称修正矩阵。     

耐高温双马来酰亚胺树脂体系的流变性能

在差示扫描量热分析(DSC)与基本黏度测量实验的基础上,对传递模塑工艺(RTM)成型用双马来酰亚胺树脂体系的化学流变性能与基本工艺性能进行了研究。通过对不同配方树脂体系进行动态及等温黏度测量,得到了相应的动态、静态特性曲线,对曲线进行分析并根据双阿伦尼乌斯方程,建立了体系的流变模型,利用流变模型对实验结果进行了模拟验证。验证结果表明,建立的流变模型与测试实验结果能够很好地吻合,并能模拟不同条件下的流变行为。利用该模型能预报RTM成型工艺窗口,为优化RTM成型工艺参数,保证制件质量提供了理论依据和参考数据。     

用振动测量数据最优修正振型矩阵与质量矩阵

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正现有的动力模型是非常必要的。本文运用代数特征值反问题的理论和方法,研究了满足正交性条件的振型矩阵及质量矩阵的修正问题,得到了加权Frobenius范数意义下的最优修正矩阵。     

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。     

瞬态热线法导热系数测量的数值模拟

利用有限元方法对瞬态热线法导热系数测量进行了数值模拟,对各种因素如加热功率、热线半径以及实验温度等对测量过程的影响进行了分析,并将模拟得到的温升曲线与实验测量得到的温升曲线进行了比较,结果表明:通过选择适当的参数值,模拟曲线可以与实测曲线吻合得很好,实验值与模拟值的偏差小于实验结果的不确定度.本结果的获得对进一步理解瞬态热线法导热系数测量过程,提高导热系数测量技术水平具有借鉴意义.     

热声谐振声场相位和功流分布的实验研究

热声热机的相位和功流的分布对于负载匹配至关重要。在无负载和有负载两种情况下 ,对热声谐振管的声场相位和功流分布进行了测量 ,并与网络模拟的结果进行比较和分析。实验结果表明 ,相位的分布与驻波比、位置以及负载有关。     

一种变温环境下水听器灵敏度校准系统的设计

针对缺少在变温条件下校准水听器灵敏度方法的问题,设计了一套基于动圈换能器声管的变温水听器灵敏度校准系统。建立模型分析声管内的声压分布,并计算了变温后对灵敏度校准结果的补偿量;利用Comsol仿真不同声管厚度对声场的影响,分析了底面非均匀振动和不同尺寸的水听器对校准结果的影响,确定了合适的声管尺寸和测量方法。分别在常温与变温条件下对不同尺寸的水听器进行校准并将校准结果与标准值比较。结果表明,此系统在常温下的校准结果与标准值的偏差低于0.5 dB,变温条件下的测量结果与标准值偏差低于0.6 dB,整体系统的扩展不确定度约为1.0 dB。     

模型旋流燃烧室气体燃料火焰不稳定特性分析

燃机在贫燃工况下易出现燃烧不稳定,分析和预测不稳定燃烧特性对保证燃烧室正常工作具有重要意义。通过数值仿真得到燃烧室的火焰描述函数(flame describing function,FDF),并结合低阶热声网络模型预测了燃烧室的热声不稳定特性。首先,通过模型旋流燃烧室自激振荡实验,得到振荡燃烧发生时的工况和主频;其次,利用大涡模拟(large eddy simulation,LES),得到火焰燃烧热释放率对不同入口扰动的响应特征,通过拟合得到FDF;最后,建立了燃烧室低阶热声网络模型,并分析了燃烧室不稳定特性。结果表明：模型预测的振荡特性与实验数据相符,说明该模型能够从机理上预测燃烧不稳定特性。     

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。     

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。     

基于神经网络的贮仓结构参数识别

利用神经网络技术，提出了识别结构物理参数的一种方法。用单元刚度矩阵基本值和模态应变能来选择基本模态，用修正的Latin超立方采样技术和模态准入准则来产生网络的输入数据。贮仓在动载作用下的自振频率和模态作为网络的输入，子矩阵参与系数作为网络的输出，用Levenberg-Marquardt算法训练网络。仿真计算表明，方法是可行的。     

热声制冷的数值分析

采用一维平均化的方法建立了热声制冷数值模型,该模型可应用于线性和非线性范围。运用该模型对热声制冷的机理以及相对波动压力和平均充气压力对热声制冷性能的影响进行了分析。     

填料物性对热声器件谐振频率的影响

利用热声网络理论,对热声器件谐振频率进行了分析计算,揭示了热声器件的谐振频率与其填料物性的关系,利用数值计算分析了填料物性对热声器件谐振频率的影响.结论表明在声压一定的情况下,热声器件谐振频率分别随着其填料物性:横截面积、比定压热容以及密度的增大而增大;随着声压的增大,谐振频率分别随填料的横截面积、比定压热容以及密度的增大而增大得更快.     

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。     

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。     

热声系统的工程优化设计

介绍了热声系统无因次化的工程优化设计数学模型,描述了热声系统的优化算法.对声驱动的热声制冷机和热声发动机两种典型的热声系统的板叠,进行了优化设计计算,得到了两系统中热声板叠的性能和效率曲线,并对影响热声系统性能或效率的因素进行了分析与讨论,优化确定了板叠的结构参数,为热声系统的工程优化设计和性能预测提供了一种有效的方法.     

Experimental and theoretical investigation on frequency characteristic of loudspeaker-driven thermoacoustic refrigerator

In this paper, the frequency characteristic of loudspeaker-driven thermoacoustic refrigerator (TAR) and the influence factors were investigated theoretically and experimentally. Experimental results under different conditions show that a narrow transmission frequency band of TAR exists to generate strong oscillation and cause significant thermoacoustic effect, and TAR achieves optimum performance at the resonance frequency. The frequency characteristic is determined by combined network elements of TAR. Then the analytical model was built to validate the experimental results. It provides a coupling method for design of loudspeaker-driven TAR system.