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扬声器驱动热声制冷机的研制

刘昌健  
【摘要】:热声制冷机具有结构简单,运行可靠,采用无污染工质等特点,给制冷低温领域提供了一种全新的技术解决方案。扬声器具有成本低,应用广泛,容易获得等优点,因此用扬声器作为动力装置来驱动热声制冷机成为一个研究热点。 本文首先回顾了热声热机和热声理论的发展历史及研究背景,重点介绍了关于扬声器驱动热声制冷机的研究。 接着对声驱动器的设计进行了重点研究。通过理论分析,调节扬声器出口阻抗的大小和相位,可以提高扬声器的电声转换效率。理论上,扬声器的出口阻抗越接近行波相位,阻抗幅值越大,扬声器的电声转换效率越高。通常,仅仅扬声器正面辐射的声功被利用,而实际上,扬声器正反两面都辐射出声功。为了利用扬声器正反两面辐射的声功,利用声学网络模型,分析设计了倒相式声驱动器结构,使得扬声器正反两面辐射的声功经过叠加后起到相互增强的效果,进而提高扬声器驱动热身声制冷机的电声转换效率。 采用DeltaE一维热声数值模拟软件建立了四分之一波长声驱动热声制冷机的仿真模型。对热声制冷机的运行参数和结构参数进行了详细的优化,其中回热器的布置应该靠近压力腹点,且室温端应指向压力腹点。在一维数值模拟的基础上,对已经建立的热声制冷机模型进行了二维CFD模拟,采用的是商业化CFD模拟软件Fluent,成功模拟了制冷机中出现的非线性现象,以指导我们完善制冷机的设计。 最后,研制了一台扬声器驱动的热声制冷机,并建立了实验平台,进行了初步的实验研究。


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