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非线性热声发动机的理论研究

梅宏昆  
【摘要】:热声热机是一种新型热力设备,与传统设备相比,具有结构简单、无运动部件、可靠性高、寿命长等优点。由于采用对环境无污染的惰性气体为工质,同时可以采用低品位能源为热源,因此,热声热机成为制冷领域的一个研究热点。本文首先回顾了热声热机的发展历史,介绍了数值模拟以及非线性热声理论的发展情况。主要工作从以下几个方面展开:1.热声发动机的线性模拟研究以Rott线性热声理论作为模拟计算的数学模型,采用有限元法中的加权余量法求解数学模型。依据数值模拟的计算框图编写程序,分别对行波型和驻波型热声发动机进行数值模拟计算,根据计算结果得到两类热声发动机系统内声场和流场特性及谐振管长度对热声系统的影响。2.热声二阶非线性热声理论以流体力学三大方程和气体状态方程为基础,建立了一维二阶非线性热声理论模型,包括二阶压力梯度方程、二阶体积流率梯度方程和二阶温度方程,并建立了二阶声波动方程。3.热声发动机的非线性模拟研究根据建立的一维二阶非线性热声理论模型,采用有限元法中的加权余量法求解非线性数学模型。通过自主编写计算程序,分别对行波型和驻波型热声发动机进行模拟计算,根据计算结果得到两类热声发动机系统内二阶声场和流场特性,并对谐振管内二阶时均速度U2.0的存在性进行了分析。


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