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热声理论及驻波型热声热机的数值模拟研究

刘文斌  
【摘要】:热声热机是一种与常规的动力装置完全不同的新型机械热机,它凭借着气体的自激振荡来输出声功,不仅如此,它还具有无任何机械运动部件,同时利用低品位能源驱动,并且采用对环境无任何污染的惰性气体为工质等优点,是一种非常有价值和潜力的新型动力装置。目前热声热机的数值模拟计算在热声热机研究发展中越来越受到重视,通过对热声系统模拟计算可以得到在一定误差范围内系统的热力学特性,这将对以后热声热机的实验系统的研究提供有效的帮助。本文介绍了热声热机的应用前景以及热声热机数值模拟计算的发展情况并且利用有限元方法对一台驻波型热声发动机的实验系统进行数值模拟计算,以线性热声理论作为此次模拟计算的数学模型,采用与实验系统相同的运行工况作为此次模拟计算的物理模型,同时采用有限元方法中的加权余量法对上述数学模型进行求解,然后根据整个系统求解的算法建立了数值模拟计算框图并以此框图为依据进行模拟计算,通过自主编写计算程序,设计了一套比较完整的热声系统模拟计算程序,最后根据数值模拟计算结果成功观测到实际驻波型热声发动机系统内声场和流场特性以及发动机内部各个部件对热声系统的影响,并根据计算结果对发动机的结构设计提出了优化方案。本文最后介绍了线性热声理论的局限性和非线性热声理论的发展现状,同时在线性热声理论的基础上建立了非线性热声理论模型并讨论了其利用有限元方法求解的可能性。


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