熱聲過程的行駐波機理分析及實驗研究

本研究在聲學波動理論的基礎上，從基本熱聲公式出發(fā)，建立了線性熱聲理論的行駐波分解模型；分析了行波分量和駐波分量對回熱器熱聲轉換得貢獻和耗散，建立了行駐波聲場條件下的回熱器熱聲轉換模型，給出了聲場參數(shù)、回熱器結構參數(shù)以及熱聲熱機性能參數(shù)的無因次表達式，并通過這些無因次參數(shù)的分析，提出了一種綜合優(yōu)化熱聲熱機的全新的優(yōu)化分析方法；結合回熱器結構參數(shù)和聲場參數(shù)，考慮各參數(shù)之間的相互制約關系，對熱聲熱機的性能進行了全面的優(yōu)化分析；在行駐波聲場的理論分析和行駐波熱聲效應的分析基礎上，結合現(xiàn)有熱驅動熱聲熱機的發(fā)展，提出成功并研制了一種新型的行駐波型熱聲制冷機，在輸入300W加熱量的條件下實現(xiàn)了-30°C的無負載制冷溫度，并且在0°C時可以提供40W的制冷量；本研究進一步深化了對熱聲能量轉換機理的認識，可用于指導復雜聲場條件下回熱器的設計和優(yōu)化，對于開發(fā)高效熱聲熱機具有重要的理論指導意義。

熱聲熱機利用熱聲效應可以直接實現(xiàn)熱能和聲能之間的相互轉換，是一種完全沒有運動部件的新型熱機，具有廣泛的應用前景。基于行波或駐波機制的熱聲熱機是目前應用最廣泛的兩種熱聲熱機。但是實際熱聲熱機內的聲場并不是理想的駐波或行波，而是行波成分和駐波成分按比例沿程分布的復雜聲場。本研究將在聲學波動理論的基礎上，建立線性熱聲理論的行駐波分解模型；分析行波分量和駐波分量對回熱器熱聲轉換的貢獻和耗散，建立行駐波聲場條件下的回熱器熱聲轉換模型；在理論和實驗基礎上，獲得指導實際聲場回熱器優(yōu)化設計的判據(jù)參數(shù)。本研究有助于深化對熱聲能量轉換機理的認識，進而指導復雜聲場條件下回熱器的設計和優(yōu)化，這對于開發(fā)高效熱聲熱機具有重要的理論指導意義。

大振幅熱聲波的對流換熱是傳熱學領域尚未充分研究的問題。本項目將建立基于大功率脈沖加熱技術的熱聲對流換熱實驗臺，精確測量大振幅熱聲過程壓力、速度及溫度等參數(shù)和聲音信號的變化規(guī)律以及熱聲波的傳熱效應；開發(fā)適用于大振幅熱聲波流動及傳熱數(shù)值模擬的高階穩(wěn)定離散格式和高效算法，對熱聲波的流動及傳熱過程進行數(shù)值模擬；在實驗研究和數(shù)值模擬的基礎上進行理論分析，建立大振幅熱聲波對流換熱的簡化數(shù)學模型，查清非線性效應對其流動和傳熱的影響。本項目的研究將拓展熱聲對流換熱這一新的傳熱學研究方向，為熱聲技術的應用奠定理論基礎。 2100433B

甚低頻次聲傳聲器廣泛地應用在國防、地震預報、環(huán)境檢測等重要領域，本項目針對目前次聲發(fā)生裝置存在的問題和甚低頻次聲標準裝置中的理論及技術難題，提出甚低頻標準次聲產(chǎn)生的機理及相關技術問題的研究課題。項目的研究內容包括：研究甚低頻標準次聲產(chǎn)生的基本理論問題，重點解決非剛性壁對腔體內聲場分布的影響問題、聲壓的泄漏和熱傳導修正問題、外界溫度和大氣壓變化對傳聲器校準結果的影響問題、腔體內大振幅非線性聲場分布理論問題、聲壓波形失真度的成因問題；研究甚低頻次聲發(fā)生裝置的設計理論及相關技術問題，重點解決微小間隙密封與完全密封的方法和技術問題、甚低頻復合式聲壓反饋控制理論及技術問題；研究甚低頻次聲聲壓絕對測量理論及技術問題；研制一套用于甚低頻傳聲器絕對校準的智能型甚低頻（下限頻率達到0.0001Hz）次聲標準裝置樣機。本項目成果將應用于甚低頻次聲傳聲器的絕對校準，并最終建立甚低頻次聲校準的相關行業(yè)或國家標準。