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热声振荡的格子气方法模拟

蒋华  
【摘要】: 热声热机(包括制冷机)具有结构简单、无或极少有运动部件、工作可靠性高、可使用低品位热源和环保的工作介质等特点,近些年引起研究者们的极大兴趣。在实际的应用中,热声热机通常工作在非线性工况条件下。因此研究和开发能预测非线性热声装置性能的数值方法,对促进热声装置的实际应用具有十分重要的意义。传统数值模拟方法模拟热声热机因边界复杂和非线性等因素存在诸多困难,在本论文中,将格子气模拟方法应用于热声发动机的数值模拟中,获得了传统方法难以实现的模拟结果和结论。 在模拟中,采用二维9位的格子气模型模拟热声振荡,模型建立了完备的多体碰撞规则,提供了粘性和热边界的处理方法。对不同热源温度的热声振荡起振特性进行了模拟,同时也数值研究了板叠两端温度对时间的响应过程。研究结果显示,碰撞规则完善与否对格子气模拟结果有重要的影响,系统中的温度场对板叠温差的扰动存在响应滞后,温差直接影响热声振荡的起振特性。此外,低温热源对格子气模型的影响更为敏感,对网格的划分也采用了两种不同的方案进行了研究。 本文还对热声板叠结构参数和空间位置的影响进行了模拟,对格子气的定量计算方法也进行了探索性的研究,提出了类方差法和面积法两种定量计算方法,同时还对格子气的主要影响因素和减噪措施进行了讨论。 本论文只是在热声格子气模拟上做了有限的一点基础研究工作,当然仍有许多问题有待进一步的深入研究,如格子气模型参数的量化、热声格子Boltzmann方法,以及热声制冷机的格子方法模拟等方面需要做许多艰苦的开创性研究工作。


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