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热声交变流动是热声热机的工作基础,研究交变流动机理有助于人们认识热声热机的工作过程。鉴于前人的理论分析一般没有考虑浮力效应的影响,本文从流体热动力学的角度研究了浮力对流与热声交变流动的耦合规律。基于线性理论方法,给出了考虑浮力项和热对流Rayleigh数的热声线性理论模型,分析了浮力效应对平行交变流动的影响,发现热对流的存在明显影响交变流动速度分布及其＂环形效应＂。

关键词: 交变流动 , 环形效应 , 浮力效应 , 热声 , 线性理论

超低环温行波热声热泵中的回热器研究

杨卓 , 陈燕燕 , 吴张华 , 罗二仓

工程热物理学报

为了克服常规热泵在低温下压比过大和效率降低的问题,提出了一种全新的低环温电驱动双作用行波热声热泵.对该新型热泵使用的多种回热器填充物进行了模拟优化计算,计算结果表明丝径小的回热器获得的系统最佳效率较高,但是丝径越小,获得最佳效率所对应的回热器孔隙率也越大,减小丝径能有效提升泵热量.计算结果为合理选择电驱动双作用行波热泵的回热器填充物提供了指导.

关键词: 双作用 , 低温热泵 , 热声 , 回热器

时均流诱导声振荡的数值计算研究

余炎 , 孙大明 , 徐雅 , 陈海俊 , 吴珂 , 敖文 , 邱利民

工程热物理学报

时均流诱导的声振荡可以为热声制冷提供驱动源或驱动发电机和换能器发电，为风能利用提供了新思路，是热声领域的最新研究方向之一。本文基于计算流体动力学（CFD）方法，建立了正十字型时均流激声发动机的三维数学模型，采用大涡模拟湍流模型计算。计算结果验证了时均流诱导声振荡效应，揭示出谐振管内声场分布和谐振管内部压力与开口处涡的关系，为后续的实验研究奠定了理论基础。

关键词: 热声 , 时均流 , 风能 , 大涡模拟 , CFD

自由活塞斯特林发电机具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点.但其研究机构多集中于美国,国内的相关研究很少,且缺乏实验研究.为此,本文按照热声理论设计了一台1 kW电功级自由活塞斯特林发电机,并对其进行了实验研究,主要考察了不同热源温度下发电机的工作特性,获得了最大762 W的电功输出,此时热电效率为19.1％,这也是目前国内所报道过的最高热电效率.同时,本文将实验与热声理论的计算值进行对比,结果表明,实验与计算结果能够较好地吻合.

关键词: 斯特林发电机 , 自由活塞 , 直线电机 , 热声

一种间接测量惯性管阻抗的方法

喻力弘 , 王晓涛 , 戴巍 , 赵瑞东 , 罗二仓 , 高波

工程热物理学报

惯性管是脉冲管制冷饥的一个重要部件，需要保证其在脉冲管热端提供合适的阻抗幅值和相位。如何准确确定惯性管阻抗一直是个难点。本文利用直线压缩机背腔内压力波动计算体积流率，从而间接得到惯性管入口体积流率，进而得到惯性管阻抗特性，并与DeltaEC计算做了详细对比，为进一步优化脉冲管制冷机打下基础。本文首先介绍了惯性管的热声计算模型及其湍流修正方法，并详细介绍利用压缩机了测量体积流率的方法。实验中重点考察了频率、惯性管入口压力波动、气库体积大小对阻抗的影响，并对实验结果进行了分析。实验结果表明，阻抗幅值及相角跟湍流模型计算结果总体而言相当吻合，但在某些区域还需进一步修正。

关键词: 线性压缩机 , 惯性管 , 阻抗 , 热声 , 湍流修正

自由活塞斯特林热泵的理论与实验研究

李珂 , 余国瑶 , 张益炳 , 廖旭 , 戴巍 , 罗二仓

工程热物理学报

自由活塞斯特林热机取消了传统斯特林热机的曲柄连杆结构,具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点.但目前的研究热点多集中于自由活塞斯特林发动机与制冷机,对自由活塞斯特林热泵的研究关注很少.本文设计了一台电驱动自由活塞斯特林热泵,首次提出并采用了热机部分反向布置的结构,彻底避免了高温端换热器对直线电机造成的不利影响,并给出了实验结果.该热泵在--20～50℃的泵热温差下获得了1.4的整机COP.利用热声理论,本文对该热泵进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,初步考察了热泵在不同泵热温差、不同输入电功以及不同运行频率的工作特性.

关键词: 斯特林热泵 , 自由活塞 , 反向布置 , 直线电机 , 热声

热声现象的一种非线性模型的研究

徐珊姝 , 景晓东 , 孙晓峰

工程热物理学报

本文对一种准一维非线性热声模型进行研究,利用该模型初步预测了一种热声驱动器的工作特性,并采用一种更简便的差分格式对系统中发生的非线性现象进行了数值模拟.结果表明,在频域内和线性条件下,该模型简化为经典的线性热声模型,可以预测热声驱动器的起振温度梯度;在时域内和非线性条件下,该模型可以模拟热声系统内的瞬态压力波由初始增长,经过非线性演化,最终达到饱和的全过程;最后,还讨论了板叠上的温度差对饱和压力波的影响.

关键词: 热声 , 准一维 , 非线性 , 起振温度梯度 , 饱和

热声起振现象的模拟研究

王勇 , 何雅玲 , 李庆 , 陶文铨

工程热物理学报

热声现象中广泛存在非线性效应,其中最典型的就是热声自激起振.本文建立了一个四分之三波长的Rijke管计算模型,基于并行计算,采用数值模拟对其起振现象进行了模拟.研究了不同初场对起振行为的影响,得出起振后的气体振荡频率,并对管内的流动与换热规律进行了详尽分析.模拟结果与文献结果相吻合.本文工作有助于更多地了解热声起振现象,同时也为我们开展热声问题的介观模拟提供了有力的参考.

关键词: 热声 , Rijke管 , 起振 , 数值模拟

时均流激声发动机声场特性实验研究

徐雅 , 孙大明 , 麻剑锋 , 陈海俊 , 刘凯凯 , 钟会球 , 邱利民

工程热物理学报

时均流激声发动机利用流体诱导声振荡效应把自然界的风和管道气体的动能转化为声场能，可驱动热声制冷机制冷或驱动发电机和换能器发电，为风能利用提供了新思路。在国内首次搭建了正十字型时均流激声发动机实验台，以一台高压风机提供的气流模拟自然风，获得了稳定的驻波声场。在此基础上，揭示了时均流速、平均压力、斯特劳哈尔数等对时均流诱导声振荡的影响。在平均压力为106．19kPa、时均流速为50．52m／s、谐振管长度为0．96m的条件下，该正十字型时均流激声发动机谐振管内的压力振幅达6．20kPa，约为平均压力的5．80％，为时均流激声发动机驱动发电装置和热声制冷研究奠定了实验基础。

关键词: 热声 , 时均流 , 风能 , 发动机 , 声振荡