热声制冷机回热器的数值研究

以驻波型热声制冷机的回热器作为研究对象,通过对二维可压缩形式的连续性方程、N-S方程、能量方程和理想气体状态方程的数值求解,得到了热声核区域内工作介质的能流密度矢量和能量迹线云图.结果表明:在轴向方向上影响能量传递的主要因素为气体的热传导项.     

热声回热器结构频率的数值研究

介绍了声波在结构中的几种表现形式,综合考虑结构声传播过程中的色散现象会影响结构和流体的声耦合,将结构声理论运用于热声系统回热器内结构振动的分析。通过采用Ansys软件对回热器中薄板建立模型并分析其振动模态。结果显示:(1)回热器中薄板结构主要受弯曲波作用,振动时发生弯曲变形;(2)薄板振动模态的固有频率随板厚度减小而降低,随长度减小而增加;(3)薄板振动模态随阶数升高而趋于复杂,相应的固有频率值由数十赫兹发展到数千赫兹,包含热声系统谐振频率的工作区间。     

多段式回热器的斯特林热声发动机CFD仿真

热声回热器的温度梯度使得轴向气体存在不同粘性,因此单一水力直径的丝网会引起回热器的直流损失。为了减小该损失,文中提出了多段式回热器结构,建立了适用于大振幅下斯特林热声发动机的三维CFD计算模型。计算结果验证了多段式回热器能有效提高热声发动机的整机性能。该研究有助于增加对回热器的进一步认识和理解。     

热声热机起振过程中回热器内气体的温度分布

文中研究了驻波型热声发动机回热器内的气体,研究时段为从加热到起振前的过程,对气体在此时段内建立数学模型并加以分析。通过求解该模型,得出了回热器内不同时间和位置点的温度变化,其计算结果与实验数据相吻合。最后对模型简化导致的误差进行了分析修正。     

热声热机热声核内传热与流动特性实验研究

本文通过搭建扬声器驱动的热声热机可视化实验台,利用粒子成像测速仪(PIV)和红外热像仪得到冷、热端换热器间速度及温度场分布,对有无声场两种情况下热声核中速度及温度场的变化进行了实验研究。实验结果表明,外加声场改变了热声核中热对流的基本模式,增强了冷热端换热器间的换热能力,对热声核中的温度分布有着显著的影响。揭示了热声核中的流动与换热规律。     

直线电机驱动回热器性能研究

本文提出并搭建了一种采用直线电机驱动的回热器热声转换实验台,通过调节负载阻抗改变回热器处声场条件,研究回热器在不同声场下热声转换特性。文中首先对实验系统进行了数值模拟,结果表明,回热器存在最优的工作声场,但由于有限水力半径因素,最优声场会偏离行波相位。计算中系统获得了最大1300 W净输出声功,热声效率达到35%。之后进行的实验实现了回热器处声场的调节,验证了回热器的声功放大作用,并获得了与数值计算相同的趋势。     

热声热机场方程的改进计算

本文讨论热声热机于二种热力学媒质组成的热声变换堆内外，温度、速度和压力场所应满足的改进的场方程．以PI和dP_1／dx等作为待定参数时，速度u_1和温度T_1的解式．并讨论了解式的含意与实验结果的对照．     

场协同理论在交变流动缝隙式回热器中的数值验证

本文对缝隙式回热器在非稳态交交流动下的流动和换热问题做了二维的数值模拟,并重点对其在交交流动下的场协同问题做了计算与分析。数值计算表明,场协同原理作为指导强化对流换热的原则,同样可以指导交交流动下的换热强化。     

热声回热器流动、传热新模型及其性能的实验表征

提出了可压缩流体交变流动下回热器的新模型,利用所得的热声热粘函数fk、fì的一般简化式,获得影响回热器特性的普遍关联式.根据回热器内流场与温度场分布相似的假设条件,通过简单的双传感器测量方法,得到回热器内的小Reù下的流动阻力对流换热系数.     

行波型热声热机的研究进展

Ceperley首先提出了行波型热声热机的概念 ,此后许多研究者对此类型的热机进行了理论及实验研究。文中对行波型热声热机的发展历史、研究现状及应用前景进行了简要介绍     

Synthetical optimization of the structure dimension for the thermoacoustic regenerator

The quantitative investigation of parameters in the renegerator is essential for the optimization of thermoacoustic devices, while the majority of the previous research only considered parameters of the working field, working gas and the hydraulic radius. Based on the linear thermoacoustic theory, this paper extracts a normalized parameter for low-amplitude conditions, which is called the regenerator operation factor. By extracting the regenerator operation factor and relative hydraulic radius, the influence of frequency on the efficiency can be controlled and offset. It can be found that thermoacoustic devices with different frequencies can perform the same efficiency by adjusting the radius in proportion to the axial length. Finally, this paper synthetically optimizes the dimension of the thermoacoustic regenerator by taking the regenerator operation factor, relative hydraulic radius and acoustic field parameter as variables. Conclusions in this paper are of great significance for explaining the best working conditions of engines and directing the miniaturization and optimal design of thermoacoustic devices.     

指数型谐振管内非线性声场的模拟研究

采用气体动理学方法模拟研究五种不同驱动强度下,=0的圆直热声谐振管和=2 2的指数型热声谐振管内的非线性声场特征。研究发现:指数型管能抑制激波及声饱和现象,但管内会出现尖峰现象。尖峰处的压力波形发生了畸变;它们是非线性的能量传递与各种耗散的竞争过程中产生的不同形态的波特征;当活塞驱动位移幅值400μm时,指数型管内压力振幅增长速度明显下降。     

Sound field of thermoacoustic tomography based on a modified finite-difference time-domain method

A modified finite-difference time-domain （FDTD） method is proposed for the sound field simulation of the thermoacoustic tomography （TAT） in the acoustic speed inhomogeneous medium. First, the basic equations of the TAT are discretized to difference ones by the FDTD. Then the electromagnetic pulse, the excitation source of the TAT, is modified twice to eliminate the error introduced by high frequency electromagnetic waves. Computer simulations are carried out to validate this method. It is shown that the FDTD method has a better accuracy than the commonly used time-of-flight （TOF） method in the TAT with the inhomogeneous acoustic speed. The error of the FDTD is ten times smaller than that of the TOF in the simulation for the acoustic speed difference larger than 50%. So this FDTD method is an efficient one for the sound field simulation of the TAT and can provide the theoretical basis for the study of reconstruction algorithms of the TAT in the acoustic heterogeneous medium.     

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。     

基于Regen的斯特林制冷机回热器优化设计与实验研究

基于Regen软件对斯特林制冷机回热器进行了优化设计,分别对回热器长度、冷端压比、回热器填料网片目数和回热器填料填充方式进行了优化设计和试验研究.理论和试验研究发现,通过改变回热器填料网片目数和填充方式可以达到提高回热器效率的目的,同时研究还发现在相同目数下,采用更细的不锈钢丝作为回热器填料材料,可以提高回热器效率.     

Numerical demonstration of three-dimensional terahertz metamaterials based on the causality principle

A parameter retrieval algorithm based on the causality principle and Kramers-Kronig （KK） relations is employed to calculate the effective parameters of three-dimensional （3D） metamaterials. Using KK relations, the branch selecting problem, which is the challenge of effective parameter retrieval method, can be removed. To reveal the validity of the proposed algorithm, the constitutive refractive index of a homogeneous polymide cube is extracted. The result is in excellent agreement with the intrinsic refractive index of the polymide. Finally, the two terahertz metamaterials with 3D structures are designed and their effective parameters are then retrieved using the proposed algorithm. Numerical simulations are performed using the fuiI-wave electromagnetic solver, CST Microwave Studio.     

相变蓄热体的热工特性数值模拟

为了深入研究蓄热式换热器的蓄放能效果,提出了采用具有相变材料的蓄热体强化蓄放热,通过gambit软件建立了三维蓄热体相变传热过程的物理模型和数学模型,利用fluent软件模拟了具有相变材料的蓄热体与具有变截面管强化的蓄热体传热,得到了两者蓄放热过程温度场分布。根据模拟结果分析了相变材料及缩放结构对蓄热体蓄放热效果的影响,为优化设计蓄热式换热器提供了理论参考。