热声回热器内声场数值模拟研究

对热声系统板叠及其附近流域进行了声场、流场特性的数值模拟研究。通过不同计算方法的对比,网格独立性验证等确定了误差最小的二维可压缩湍流模型。模拟结果分析了典型工况下热声回热器内部的压流分布特点,观察了板叠末端涡结构的周期性,并且对比了不同周期下涡结构的变化。结果表明,在压力场达到稳定后,由于流场的粘性,使得回热器内速度场的稳定具有滞后性,两者的稳定并不同步。     

管内流体交变流动速度的横向分布研究

基于线性理论分析,考虑流体的可压缩性、速度横向分布的相位延迟,对微扰项使用Fourier变换,给出充分发展、层流交变流动管内速度分布解析解.给出的解析解适用于描述各种小振幅振型的振荡,体现出流体速度横向分布的相位延迟,并验证了交变流动状态下的"环形效应".关于流体速度横向分布的解析解给出了流体在谐振状态下的速度分布函数,与肖家华在热声研究中使用常规摄动分析方法假设微扰项以单一频率振荡条件下得到的解析解一致.分析了可压缩流体和不可压缩流体在理论模型上的区别.     

热声系统内交变流动特性的理论分析

从流动特性角度分析了热声系统中速度分布的一些特征和形态。对动量方程的数值解的分析表明:当rh/vδ<0.6或Reω<3(Reω为交变流动的雷诺数)时,流动可视为准稳态振荡,压力振荡和速度振荡的相位差趋向于零,声场接近于行波声场;当0.63.5或Reω>100流动发展为完全湍流状态,流动的大部分区域的压力振荡和速度振荡的相位差趋向于π/2,声场接近于驻波声场。     

低温回热制冷机内交变流动与换热的格子-Boltzmann方法模拟

采用格子-Boltzmann方法(LBM)分别通过对二维通道及多孔介质内交变流动与换热进行了数值模拟,以研究低温回热制冷机中脉冲管内及回热器内交变流动与换热规律.结果表明:二维通道交变流动结果与解析解吻合得很好.当交变流动数较大时,出现速度环形效应,温度表现为周期波动变化.多孔介质内各点速度总体均呈现交替波动变化,但振...     

湍流粉碎机吸入腔流场的数值模拟

应用三维粘性流动计算软件NUMECA对湍流粉碎机的吸入腔进行了定常三维紊流流场的数值模拟,得到了吸入腔内部流场的压力、速度分布,直观显示了吸入腔内部的流动现象,为后续阶段的整机联算奠定了基础。     

气液耦合振动热声发动机的压力特性

采用气液耦合振动是提升热声发动机系统压力振幅以及降低谐振频率的有效方式.根据热声理论,对气液耦合振动热声发动机系统进行了模拟,重点讨论了平均工作压力对压力振幅、压比和谐振频率等性能参数的影响,分析了热声板叠产生声功率以及各部件消耗声功率随平均工作压力的变化情况.进行了相关实验,以验证模拟计算结果的合理性.模拟计算和实验数据均表明,增大平均工作压力可显著提升系统压力振幅,这对于利用其驱动后续负载是有利的.     

回热器板叠流动特性研究

回热器内交变流动的研究是回热式制冷机研究的重点,采用数值模拟的方法对回热器内交变流动特性进行了研究.结果表明回热器内压力、速度分布不再呈波动状分布,而是近似的呈直线分布.回热器内的交变流动阻力系数是时间与位置的函数,也具有明显的波动性.     

热声热机的频率特性研究

热声效应是热声回热器与热声工质在一定的温度梯度作用下相互作用的结果,热声热机的频率是热声系统的一个重要参数,对于热声制冷机其直接决定了消耗声功而泵热的可能性.分别分析了不考虑热粘效应和考虑热粘效应时空谐振管的谐振频率,认为考虑热粘效应时,谐振频率大于不考虑热粘效应时的频率,同时分析了有温度梯度存在时的热声驱动器和热声制冷机的谐振频率,认为热声器件的存在改变了系统的频率特性,使系统的频率高于没有板叠存在时的频率.此结论对于热声制冷机的设计有重要的指导意义.     

丝网板叠型驻波热声发动机的工作特性研究

基于线性热声理论设计并搭建了一台丝网型驻波热声发动机,采用不同目数的不锈钢丝网进行试验,考察了丝网板叠几何参数和工作压力对热声发动机工作特性的影响,实验结果和线性热声理论计算结果吻合度较好。实验发现,高目数丝网板叠更容易使系统起振,在实验范围内热声发动机采用不同板叠时的最小起振温度均发生在小充气压力下;在不同的充气压力下,存在最优目数的丝网使得发动机性能最佳。对该台热声发动机而言,最佳的丝网水利半径应为热渗透深度的4.5倍左右。     

驻波热声发动机板叠温度分布的红外观察

为了深入研究热声板叠中的能量流动和分布,采用红外热像仪对自行设计搭建的驻波热声发动机板叠进行了温度场观测,重点分析了起消振过程中板叠的轴向和径向温度分布变化.实验结果表明:在起振时,板叠轴向中部的无量纲温度会出现突然升高并随之保持平稳.通过分析不同板叠安装角度下的板叠温度分布,首次发现自然对流会使起振前板叠的径向温度分...