基于气泵的声管实验及分析

为研究声管的发声频率，进行了实验设计和分析.声管转动发声是由于空气在声管中的流动，考虑实际的实验条件，设计了气泵吹气代替声管转动的实验方式，改变吹气速率并测量发声频率.通过对实验结果的分析发现，此时的声管不符合两端开口即两端为波腹的条件，而是一端波节、一端波腹.声管的发声频率取决于其长度，符合驻波特性，发声时吹气速率与波纹长度须满足共振条件.研究结果有助于对驻波的理解和相关内容的实验设计.     

电动声源热声致冷机声学和计算实例

我们将各种热声致机简化为一包括声学终端在内的声管道系统，并通过实例讨论了致冷机的声学特性，该管道系统与一般声管道不同：１．在热声堆中热波和粘滞波不可不计。２．在热声堆与声管连接时，必需考虑合成波的体积流；而热声堆内只需考虑传播波的体积流。本文对此提出了阻抗连接条件的修正。实例使用电动扬声器为声源，给出了热声行波和驻波致冷的声学计算方法以及它们的声学特性，所用扬声器的标称伏安为１００ＶＡ，可为热声致     

高频热声驻波发动机性能的实验研究

热声驻波发动机由于内禀的不可逆性而热效率较低,但其系统结构简单和可靠性高的优点使其仍具有一定的应用前景。目前,对高频驻波系统研究较少,搭建了一台高频热声驻波发动机,研究了板叠和谐振管对系统的重要作用,另外,初步探讨了系统热腔内的温度演化过程和稳定振荡时的温度分布特性,这对高频热声驻波发动机实验和数值研究具有指导意义。     

二维平板间驻波声流的MRT-LBM数值研究

采用多松弛时间格子玻尔兹曼方法（Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Method,MRT-LBM）对二维平板间的驻波声流进行数值模拟,模拟结果与Rayleigh流近似解析解相符,研究黏度和板间宽度对驻波声流的影响,得到不同黏度下x=L/4截面无量纲水平速度分布和x=L/2截面无量纲竖直速度分布,板间宽度对边界层内声流区域厚度的影响及驻波声流的形成过程,结果表明MRT-LBM模型能有效模拟驻波声流效应.     

热声发动机的优化计算设计

把改进的12-Bit格子气模型用于复杂边界的热声发动机的模拟研究,成功模拟了带共振腔的驻波管中热声振荡演化过程。对热声板叠的长度、热声板叠在共振管中的位置以及共振腔的几何大小对热声振荡振幅的影响进行了数值计算。计算结果显示,当共振腔与细管的宽度比为2.2,板叠位置相对于细管长为0.34时,驻波管中热声振荡振幅达到最大。共振腔尺寸的研究,对于热声发动机性能的的优化设计有指导意义。     

关于温度梯度与Higgins-Rijke型热声现象的研究

从声通量的观念阐明Higgins-Rijke管的热声现象机理。由于热源处的温度梯度、管内驻波场的质点振速和脉动压力之间的相位差偏离90°,因此有声通量。流出和流入热源区的声通量之差为正值时,该热源区是声源;若声通量之差为负值,则是声壑。用本模型不仅合理地解释了热源位置在管中的重要性,也较好地解释了 Higgins-Rijke管中的其他各种现象。     

渐变截面热声波导管内的声流影响因素分析

通过理论分析和数值仿真,对渐变截面热声波导管内声流各影响因素进行了具体的分析,并给出了不同情形下波导管内的声流速度分布特性曲线。研究表明,热物理参数对渐变截面导致的声流变化无影响,针对具体的声场设计合适的截面变化形式可以使得管内声流在整体上得到一定程度的抑制或加强。此外,当波导管截面尺度与热穿透深度同数量级时,轴向时均温度分布对声流的影响十分显著。当不存在非零时均温度梯度时,热传导效应对声流的影响在管截面尺度为黏性穿透深度约10至20倍量级时最大。      

热声制冷机的一种非线性模型研究

为研究热声制冷机内部的非线性过程,发展了一种可考虑管道截面积变化的时域准一维非线性热声模型,其主控方程由可压流基本控制方程经截面平均的数学处理推导得出,数值求解采用具有频散保持特性的高精度计算格式。采用该模型分别针对活塞、扬声器和热声发动机这三种不同驱动源,将驱动源和热声制冷机进行整体求解,模拟了热声制冷板叠两端温度差在气体微团吸放热的循环过程中逐渐增大的整个过程,预测了谐振管内部驻波的非线性畸变。进而研究了平均工作压力、板叠材料、板叠位置以及扬声器形状等参数的选取对于热声制冷机制冷效果的影响。     

声管测量系统的宽带复合型换能器

提出了一种纵向换能器与Ⅳ型弯张换能器相结合的复合型换能器,推导了换能器的等效电路,根据等效电路分析了纵向换能器和弯张换能器之间的耦合作用;应用有限元方法进行了结构优化,使换能器能够发射较高频率声波的同时兼顾低频发射.研制了宽带复合型换能器实验样机,对在声管中所建立的驻波声场特性进行了实验研究,并成功利用该脉冲声管系统进...     

时均流激声发动机声场特性实验研究

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106.19 kPa、时均流速为50.52 m/s、谐振管长度为0.96 m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6.20 kPa,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。     

关于热声压缩机原理的讨论

回顾了驻波、行波热声机械的发展历史 ,分析了行波与驻波热声压缩机的优缺点。介绍行波驻波混合型热声压缩机的工作原理及结构 ,指出了今后研究的重点和方向。     

热声发动机的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟。计算模型具有与实验系统相同的几何结构、尺寸和运行工况。对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯特林发动机的模拟。计算结果成功观测到了非线性的自激振荡演化过程,捕捉到了两种发动机的不同非线性现象。计算结果分别给出了两种热声发动机内部的声场分布特性和复杂流场。计算结果与实验结果的对比验证了CFD方法对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机模拟的有效性。     

多孔材料对声脉冲的吸收机理

空腔、消声器和隔声结构的声学特性通常是使用连续正弦声波来测量,各种多孔材料的吸声特性也是在驻波管中用正弦波来测量。这些测量给出的资料与稳态激励有关,冲击波如轰声(sonic booms),冲床撞击辐射的冲击声等等对它们的发生机理和传播特性,特别是非线性方面和高声强噪声控制问题是目前流行的课题。一般,冲击声的能量是分布在空间一个小范围内,也限制在很短持续时间之内,该现象本质上是瞬态的,在研究这种现象中为获得非稳态激励的任何瞬态响应就使用声脉冲。     

渐变截面热声波导管内的声流解析模型

建立了二维渐变截面热声波导管内的声流模型,分别考虑了封闭直管和环形回路两种不同结构,获得了更为普适的解析结果。封闭直管结构的声流结果可应用于任意宽度的波导管,环路结构的结果考虑了渐变截面管段宽度远大于热、黏穿透深度的情形。研究结果表明,渐变截面热声波导管内的声流主要受声场结构、截面变化及轴向时均温度分布的影响,在其它参量不变时声流量值及分布随波导管特征尺度的不同而变化。该解析模型可应用于热声及其它物理背景下的声流分析。      

热声系统中振荡滞后特性的试验研究

针对热声热机中存在着强烈的非线性热声自激振荡现象,在自行研制的"驻波型热声发动机试验平台"上,对采用He/Ar混合工质的驻波热声发动机系统的起振与消振过程的动态特性进行了详细的试验研究.试验结果表明:对于混合工质热声发动机系统同样存在热声自激振荡的滞后现象和振荡滞后回路;并且在一定的氦氩配比下,发现了"二次起振"的现象,更进一步验证了热声自激振荡的复杂性.     

声波作用下球形颗粒外声流分布的数值模拟

综合考虑声学边界层内的热损失和黏性损失,建立处于平面驻波声压波节位置二维球形颗粒外声流计算模型,利用分离时间尺度的数值方法对颗粒外声流流场特征进行模拟。将模拟结果与相应的解析解和实验结果对比,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上,研究了雷诺数Re和斯特劳哈尔数Sr对球形颗粒声学边界层内二阶声流流场结构、涡流强度及范围的影响规律。结果表明,随Sr和Re增大,声学边界层内的涡流结构尺度呈指数形式减小,其涡流尺度与颗粒直径D和激励频率f成反比,与流体介质运动黏度v成正比;且满足低Sr和高Re的声振系统可形成范围较大、更强烈的声流运动。该数值方法可用于对任意物理模型外声流特性的评估。      

驻波热声系统的自激振荡机理

热声发动机的起振过程是一个产生并维持自激振荡的过程, 研究热声自激振荡机理有助于进一步了解热声效应的实质. 根据热声网络理论, 建立了驻波热声发动机的整机网络. 将热声网络比拟成电网络, 利用厄米特式计算了输入热声网络的视在功流, 功流平衡对应自激, 在角频率虚部为零的情况下计算了热声发动机的阈值温度和运行频率. 结果表明, 计算值与实验值符合得较好, 充气压力与阈值温度和运行频率的耦合关系大致相同. 所得结论有助于进一步探究热声效应机理以及热声发动机系统的优化设计.     

基于傅里叶光学理论的声驻波成像分析

基于傅里叶光学理论研究了激光通过声光衍射现象的产生和声驻波的成像过程,并设计实验验证了理论推导的正确性.针对不同空间滤波方式,分析声驻波成像条纹间距和条纹对比度的变化,提出一种新的用空间滤波手段测量声速的实验方法.该理论研究及相关实验,完整地分析了声驻波的成像问题,也有利于加深对傅里叶光学中的空间滤波的理解.     

热声学的基本理论和非线性 Ⅱ.热声管中的非线性声波

本文中给了非线性行波和驻波的严格解,并用于包括热声堆和温度梯度的复合管中。管的特性由其截面积和波数表示,后者常为复数,反映管中相速和损耗。求出了各种管形,包括热声堆的波数值。在另一方面,温度梯度也是重要的非线性来源,也包括在非线性解中。在正梯度中传播的声波将被放大,否则衰减。可用级联滤波器的分析方法解包括多节特性不同的复合管,求得其特性。以三节为例证明此法甚易扩展到多节。这是求得整个热声系统演绩的基础。     

谐振管谐振频率计算方法的研究

为了准确地计算声谐振管的谐振频率,提出了基于对管内声压分布进行理论模拟的声压模拟法,以及基于驻波最小点位置与管两端声阻抗关系的驻波最小点法。结果表明这两种方法因为考虑了声谐振管两端的声阻对谐振频率的影响,所得谐振频率更加精确、严格,所以特别适用于要求谐振管的谐振频率严格控制的声学领域。同时表明:声压模拟法与驻波最小点法虽然出发点不同,但谐振频率的计算结果完全相同。驻波最小点法计算比较方便,而声压模拟法在计算出谐振频率的同时,还可以给出管中的声压随位置的分布情况。