热声系统中振荡滞后特性的试验研究.pdf

中困t程热物理学会 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号：061123 热声系统中振荡滞后特性的试验研究 刘迎文 何雅玲· 黄竟 沈超 西安交通大学能源与动力工程学院，动力工程与多相流国家重点实验室， 西安． 710049 Tel：029． E．．mail：yalinghe@mail．xjtu．edu．cn 摘要：针对热声热机中存存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”I：，对采用纯质和He／Ar混合T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 厂详细的试验韧f究。试验结果表明：无论足纯质还是混合工质，均存在热声自激振荡的滞后现象和振 荡滞后I口I路。并且发现了“_二次起振”的新现象． 关键词：热声发动机；自激振荡；滞后【口l路；动态特性；试验研究 1．引言 ． 起振问题是热声振荡中的一个关键问题，也是自发现热声现象200多年以来，人们 一直在探索的基本问题。产生热卢效应的必要条件之一就是由扳叠两端的冷、热端换热 器在板叠上形成一定的温度梯度，当板叠两端的温度梯度达到某一临界值时，气体产生 经验阶段上升到比较精确的定量阶段，并提出了“临界温度梯度”(即热声系统从无振荡 状态转变到振荡状态时板叠两端存在的温度梯度)，这对深入认识热声现象的本质是极 其重要的。但是由于热声自激振荡属于强烈的非线性问题，影响热声起振的因素极其复 杂，所以有待进一步进行全面的理论与试验研究。 对起振与消振的研究，过去通常是分别进行的。1994，Atchley等试图把起振与消 振联系起来进行研究，并得出在声品质因数的倒数与温差的关系图上的一致性。但是， 他们的研究仍然是建立在稳态系统(假定在任一时刻的温度是不变的)起振点与消振点重 叠的假设之上【3】。1998年，松原洋一等在试验中发现了起振过程与消振过程存在“温度 差”现象14]。1999年，浙江大学分别以氦气和氮气为工质的进行了热声驱动系统的起振 与消振试验，发现了热声振荡滞后现象和热声振荡滞后同路【5】。 为了更好地认识热声热机中强烈非线性的热声白激振荡现象和滞后【作特性(包括 部件和系统稳态与动态特性)，在自行研制的“驻波型热声发动机试验平台”上，对纯 质和He／Ar混合L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。 2．热声滞后现象 热卢振荡的起振并不是一个渐变过程，而是一个突变过程，即当加热温度达到临界 温度时，系统就会突然发生振荡，测得的压比也是从接近于零的一个小量瞬间变为一相 当人的值。因而该系统显然也具有状态突变和多稳定状态的特征，热声振荡系统中也存 在滞后现象，即温度上升时的起振温度与温度下降时的消振温度具有一滞后回路【51。 牛通讯作香 基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(No 607 3．驻波型热声发动机实验系统 所搭建的整个驻波型热声发动机试验平台由以下4部分构成： (1)驻波型热声发 动机主机系统；(2)加热与冷却系统；，(3)工质置换系统；(4)测最采集系统。图l 为该试验平台和测试系统的示意图。， 图1驻波型热声发动机试验平台和测试系统的示意图 热声主机系统：l、高温谐振腔：2、热端换热器；3、热卢板覆；4、冷端换热器：5、测试板； 6、锥形连接件；7，谐振管；8、谐振腔 加热冷却系统：9、加热器；10，保温层；1l、冷却器；12、功率汁：13、调压器 工质置换系统：14、调节阀；15、精密压力袭；16、减腿阀：17、高压气瓶；18、热偶规管： 19、电离规管l20、复合真空计；2l、扩散泵：22、电磁阀；23、机械泵 测量采集系统：24、热电偶；25、温控仪；26、数采卡：27、数据万厨表；28、压力传感器；