热声系统中声学放大器的理论和实验研究

摘要

热声发动机基于热声效应工作，可以将低品位的热能转化为高品位的机械声功对外输出。它具有无运动部件、使用寿命长、环保无污染等优点。近年来众多的科研工作者对其进行了研究，而利用热声发动机驱动脉管制冷机获得低温更是该研究领域中的一个热点。 本文首先回顾了热声发动机以及脉管制冷机的发展历程，介绍了一些研究热声问题的常用理论，围绕一种可以大幅度提高热声发动机输出压比的装置一声学放大器—做了深入研究，主要包括：介绍了声学放大器的线性理论，建立了声学放大器的CFD计算模型，运用FLUENT进行CFD计算，用实验考察声学放大器对热声发动机的压比、声功输出以及热声驱动脉管制冷机的影响。 本文的研究重点是声学放大器。通过CFD计算获得了多个长度的声学放大器对热声发动机输出压力振幅的放大倍数，发现长度为四分之一波长的声学放大器的放大倍数最大，可以达到6倍多。CFD计算结果还显示，随着负载阻抗的减小，声学放大器的放大效应会逐渐减弱，并且消耗大量声功。之后通过实验的方式验证了这一结果，发现管长2.8m，管径8mm的声学放大器可以把热声发动机的压比从1.27提高到1.5，但其消耗的声功约占发动机输出声功的50％。最后采用不同长度盼声学放大器进行热声驱动脉管制冷机实验，使单级脉管制冷机制冷温度由原来的83.5K下降到81.6K。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章热声理论

第三章声学放大器理论及CFD计算

第四章声学放大器的实验研究

第五章全文总结与展望

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢