热声理论的研究进展.pdfVIP

第34卷第 1期 武 汉 工 程 大 学 学 报 Vo1．34 No 1 2012年 1月 J． Wuhan Inst． Tech Jan． 2012 文章编号：1674—2869(2012)I一0001—06 热声理论的研究进展 吴 锋，李 青2，郭方中，舒安庆 (1．武汉工程大学理学院，湖北 武汉430074；2．中国科学院理化技术研究所，北京 100190； 3．华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉430074) 摘 要：简要介绍了热声振荡的基本原理和特点，在具有偏置温差的热声核声通道中熵波和振荡流体的相互 作用会产生热声效应一热声自激振荡或热声泵热．热声效应在热声热机 (制冷机)、热声空调、混合物分离、太 阳能利用等领域具有十分诱人的应用前景．回顾了热声理论的研究进展 ，主要包括热声网络模型、参数激励 机理、特征时间研究、热力学优化、格子气模拟以及非线性热声理论等方面的一些必威体育精装版成果．重点介绍了辛群 在热声网络中的应用．系统中等温流体管道内工质运动的传输矩阵为辛矩阵，而存在温度梯度的热声回热器 中气体工质微团的传输矩阵可以通过变量代换，将传输矩阵转换为辛矩阵，使整个热声系统网络传输都可用 辛矩阵传输来表示．对热声理论研究的发展趋势进行了展望，提出了一些有待解决的问题和研究思路． 关键词：热声效应；自激振荡；热声装置 ；研究进展 中图分类号：TB61 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1674-2869．2012．1．001 国于20世纪70年代中开始研究热声热机 (制冷 0 引 言 机)，日本于80年代末跟进．现在美国、日本等国 热声系统是一个非常奇妙的能产生热声效应 都已开始应用研究阶段．我国于60年代开始军用 的系统 ，它既简单又复杂．说它简单，是因为系统 斯特林制冷机研制，9O年代初开始立项进行热声 中只是波 (驻波、行波或混合波)在运行；说它复 原理研究．在21世纪初，我国的小冷量、长寿命 自 杂，是因为它的启振模态、运行机理以及非线性行 由活塞斯特林制冷机已开始在航天器上试用，热 为等等仍有许多未解之迷． 声谐振管的研究也获得很大进展，一些新的热声 所谓热声效应_1J，是在一定条件下，热能与 热机和热声制冷机的实验装置不断出现 J． 声能相互转换的现象．它是系统第一介质 (可压缩 对热声理论的研究是从对热声回热器的研究 流体)的声振荡与第二介质(固体壁)之间由于热 开始的．常用的理论有 “定常流模型”、“交变流动 相互作用而产生的时均能量效应．广义的说，它是 模型”、“相移模型”、“线性热声模型”、“短板边界 振荡过程与扩散过程的相互作用与耦合；狭义的 层近似模型”、网络模型、非线性热声理论 等， 说，它是热能与有序声能的直接转换． 常用的计算方法有 Delta—E程序 、CFD模 1777年，ByronHiggins最早记载了热声现象． 拟n卜¨]、格子气 自动机模型 H 等．本文拟对热 在一根两端开 口大管中的适当位置放置燃烧着的 声理论相关方面的研究状况做一简要介绍． 氢火焰，可以激发出风琴管的声音，被称为 “歌 1 网络模型 焰”．而对热声现象的系统研究则始于 19世纪，但 是直到近几十年才取得突破性进展_4J．热声热 在对斯特林热机 回热器的研究中，华 中科技 机 (制冷机)就是利用热声效应的能量装换装置． 大学郭方中 埽教授的研究小组首次提出了