热声谐振管的实验研究

本文主要介绍作者热声谐振管研制方面的工作，作者成功地研制了热声谐振实验装置系统。     

指数型热声谐振管的固有频率

采用计算流体力学软件Fluent模拟研究了11种不同形状参数的指数型热声谐振管内二维非线性声场特性,分析了驱动频率和驱动强度对管内声压演化过程及固有频率的影响,并探索了指数管的固有频率与理论计算谐频之间的关系.研究发现:当驱动频率偏离谐振管固有频率时,管内将出现明显的\     

热声驱动器谐振频率影响因素分析

分析了结构参数、操作参数以及工质等因素对热声驱动器谐振频率的影响 ,并结合驻波型热声驱动器 ,给出了相应的计算结果和实验数据。     

RL与C并联谐振电路品质因数精确值的计算

在谐振电路中,品质因数是一个重要的参数.一般教材对RLC串联谐振电路和RLC并联谐振电路的品质因数讨论较多,品质因数一般定义为电压或电流之间的比值.对实际应用中较为常见的电感线圈和电容并联谐振电路,即RL与C并联谐振电路的品质因数的讨论较少.本文根据谐振电路储能与耗能所定义的品质因数,计算了实际中常用的电感线圈和电容并...     

锥型热声谐振管内非线性声场的数值模拟研究

从声学角度出发,考虑粘性耗散、非线性效应及管型结构变化的影响,利用伽辽金法,对锥型热声谐振管内的一维声场进行了数值模拟研究,对谐振管结构参数对声场的影响进行了分析,给出了锥型管内压比随谐振管结构参数变化的规律,通过与圆柱型直管的比较,揭示了锥型管在抑制谐波及提高压比等方面的优越性。     

RLC串联谐振曲线对称性与品质因数Q的关系

通过将RLC串联谐振电路的谐振曲线方程无量纲化得到一个普适的谐振曲线,并根据它证明了曲线的对称性只取决于品质因数Q的值,而非谐振频率的大小.在实验上用控制变量法也验证了此结论.     

并联谐振电路实验方法的研究

本文试图利用并联谐振电路的选择性对这一方法的适用范围进行讨论,并且通过实验给予验证。     

行波热声发动机声功输出特性研究

行波热声发动机具有效率高、可靠性好及环保等优点.本文分别以氮气和氦气为工质研究了行波热声发动机的声功输出特性.在平均压力为3.0MPa,输入功率为3000W时,氮气为工质获得最大492.3W输出声功,氦气为工质获得最大691.3W的声功.此外还针对两种不同锥度的锥形谐振管发动机的声功输出特性进行了对比研究.研究表明:设计合理的谐振管一方面能够有效降低加热温度,有利于利用低品位热源;另一方面还能有效地降低损失,在相同的加热量下具有更高的压比、更大的输出声功及效率.     

近临界区CO_2对热声谐振管性能的影响分析

谐振管是热声热机的主要部件之一,减小声功在谐振管中的耗散对改善热声热机输出特性具有积极意义。由于近临界区流体的热物性具有特殊性,用其作为工质时将会对谐振管内的声功损耗产生重要影响。本文对声功在以近临界区CO_2为工质的谐振管中的损耗情况进行了计算和分析。结果显示,在本文的计算条件下,相较于压力较低的CO_2,采用近临界区CO_2作为工质可降低谐振管内的声功损耗,并在工作压力略低于临界压力时,谐振管内的声功损耗可达到最小值.此外,在保持谐振频率不变的情况下,采用近临界区CO_2作为工质可一定程度上缩短谐振管的长度。     

热声发动机热缓冲管损失的实验研究

热缓冲管是热声发动机的关键部件之一,位于高温换热器和次室温换热器之间,理想情况下可避免在高温换热器附近往复运动的气体接触室温环境,造成热量损失。不过由于换热器流道的特殊结构,使热缓冲管两端会产生射流等现象,带来流动紊乱、热量损失等问题。本文设计并搭建了研究热缓冲管损失的实验平台,主要考查在热缓冲管两端分别添加不同层流化丝网对系统性能的影响。实验结果表明,未添加层流化丝网会使热量损失急剧增大,热声效率大幅下降;而过多添加层流化丝网会使阻力损失增大,同样降低热声效率;当两端分别添加3片层流化丝网时,所需加热量最少,热声转换效率最高。     

准光腔品质因数的标网测量与研究

 采用标量网络分析仪(SNA)对毫米波段的Fabry-Perot准光腔进行了品质因数测定。通过纵向半波数的测试确定了谐振峰对应的模式，给出了AV3617测量数据并计算了相应的外观品质因数和固有品质因数，详细分析了扫频测试的误差及其误差来源。分析表明，半功率点的频率测定误差是引起准光腔品质因数测量误差的主要因素；利用扫频源HP83630A较高的频率分辨率，结合参考频标使测试数据的有效位数增加，从而提高了测试准光腔品质因数的精度。     

品质因数对薄膜体声波谐振器振荡器频率稳定度的影响

在薄膜体声波谐振器(FBAR)振荡器中,振荡器的有载品质因数(QL)和FBAR的品质因数(Q值)均与振荡器的频率稳定度有关。为了研究这两种品质因数对FBAR振荡器频率稳定度的影响,在COMSOL Multiphysics软件中建立了FBAR的多物理场模型,通过频域仿真和MBVD(Modified Butterworth-Van Dyke)模型参数拟合,得到了MBVD模型参数,并在ADS软件中建立了MBVD模型电路,通过S参数仿真结合求取Q值的Bode法得到了不同损耗对应的Q值;再建立基于Pierce架构的振荡器,通过谐波平衡仿真得到了相位噪声,通过分别改变QL和Q得到了二者对FBAR振荡器频率稳定度的影响。结果表明：频率稳定度随QL和Q的增大而增大,Q值随不同损耗的增大而减小。当FBAR的Q值低于338时,即使通过增大QL来提高频率稳定度,其效果也不佳,以此FBAR构成的振荡器将不能满足作为无线通信射频前端参考信号源或者FBAR传感器读出电路的要求。为FBAR参考信号源和FBAR传感器读出电路的设计提供了一定的参考。     

准光腔品质因数的标网测量与研究

采用标量网络分析仪(SNA)对毫米波段的Fabry-Perot准光腔进行了品质因数测定。通过纵向半波数的测试确定了谐振峰对应的模式,给出了AV3617测量数据并计算了相应的外观品质因数和固有品质因数,详细分析了扫频测试的误差及其误差来源。分析表明,半功率点的频率测定误差是引起准光腔品质因数测量误差的主要因素;利用扫频源HP83630A较高的频率分辨率,结合参考频标使测试数据的有效位数增加,从而提高了测试准光腔品质因数的精度。     

高次谐波体声波谐振器机械品质因数的测量*

高次谐波体声波谐振器(HBAR)具有高的机械品质因数(Q_M)和多模谐振谱特性,其在频率控制系统中具有重要应用。对制备的Al/Zn O/Au/Sapphire结构HBAR器件进行了Q_M的测定,从实际的测试系统出发,给出了它的等效电路,通过一系列分析处理得到了Q_M随频率的变化曲线。结果表明,Q_M随频率增加逐渐减小。     

扬声器驱动热声制冷机的研究进展

热声制冷技术是一项新型的制冷技术,它具有运动部件少、运行可靠、振动小、寿命长、对环境无污染等优点,在航天、超导、低温电子、低温生物等众多领域有着十分广阔的应用前景。本文阐述热声制冷效应的基本原理和热声制冷循环之后,系统介绍了热声制冷机中共振管、板毪、换热器、动力源(扬声器)等部件和制冷工质的研究情况。同时,指出了扬声器驱动热声制冷存在的问题,并对热声制冷的发展进行了展望。     

应用于热声系统的声学倒相变压器

给出了一种声学调相变压结构,并理论上讨论了该结构的调相变压机理.结果表明:在一定的几何条件下,该结构能够实现不受负载影响的声压放大功能,并输出声压倒相;将该结构应用于热声热机驱动热声制冷机或脉冲管制冷机的耦合,可以取得更好的效果.     

直线压缩机驱动热声型低温热声制冷机研究

直线压缩机驱动的热声型低温热声制冷机是获得低温的一种重要制冷技术,它利用直线压缩机往复运动产生的声波驱动脉管产生热声制冷效应而工作。文中报道了由中国科学院理化所和深圳市中科力函热声技术工程研究中心联合研制的系列液氮温区低温热声制冷机,其效率达到22%,为目前国际上所有公开报道的各类热声制冷机中的最高效率。该系列低温热声制冷机在低温下无运动部件、可靠性高,在红外探测器、高温超导滤波器等低温电子器件冷却方面具有重要应用前景。此外,还将对下一步的研究进行简单的介绍。     

Thermal-relaxation dissipation in thermoacoustic systems

Pressure oscillations in a sound wave are accompanied by temperature oscillations. In the presence of a solid boundary, the heat transfer from the oscillating gas to the solid boundary causes dissipation of the acoustic energy. This results in the attenuation of the sound wave. This thermal-relaxation dissipation process has a negative effect on the performance of thermoacoustic heat pumps and engines. A simple analytical model describing the interaction between an acoustic wave and a solid boundary is presented. The effect of the solid material and gas type on thermal-relaxation dissipation is analysed. The main result of this model is that the choice of a solid material with the smallest possible heat capacity per unit area in combination with a gas with the largest possible heat capacity per unit area minimises the thermal-relaxation dissipation. From the different combinations solid-gas used in the calculations, the combination cork-helium leads to the lowest thermal attenuation of the sound wave. In this case, the heat transfer from the gas to the wall less damps the temperature oscillations. However, because of the porosity of cork that may cause some problems, it is suggested that the combination polyester-helium can be used in practice to minimise the thermal-relaxation losses.     

重入式谐振腔电磁场建立的瞬态物理过程

采用理论推导、计算模拟和实验测量3种方法,对重入式谐振腔电磁场稳态建立的瞬态物理过程进行研究,得到的结果相一致。阐明了电磁场建立的瞬态物理过程,结果显示：电磁场稳态建立时间与谐振腔的固有谐振频率成反比,与品质因子成正比;仿真模拟和理论计算偏差小于0.8%,实验测试和理论计算偏差小于2.5%。