微型熱聲制冷機(jī)及關(guān)鍵元件的特性研究.pdf

1、微型熱聲制冷機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、無(wú)污染、便于與電子芯片封裝等優(yōu)點(diǎn)，在微電子熱量管理中倍受關(guān)注。但是由于頻率升高、物理尺寸減小使得粘性耗散增大，且缺乏合適的聲驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)微型熱聲制冷機(jī)的工程化應(yīng)用。本文開(kāi)展關(guān)于微型熱聲制冷機(jī)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，基于熱聲線性理論和熱動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)方法，研制了適于微型熱聲制冷機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算和優(yōu)化分析仿真軟件。在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并建立了一臺(tái)微型熱聲制冷機(jī)，主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 首

2、先，權(quán)衡計(jì)算速度和精度，采用Fortran 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了適于微型熱聲制冷機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件miniTA和優(yōu)化分析軟件OPTA，并利用自行開(kāi)發(fā)的軟件對(duì)微型熱聲制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)特別是板疊部分進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，得到了整機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 其次，建立了壓電揚(yáng)聲器的振動(dòng)模型，采用有限元分析軟件Ansys 對(duì)壓電片模態(tài)進(jìn)行分析，得到壓電片位移振幅和諧振頻率。通過(guò)數(shù)字電橋和測(cè)試電路，測(cè)得壓電片和壓電聲驅(qū)動(dòng)器的阻抗和諧振頻率，建立容積可調(diào)

3、的聲驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)微型熱聲制冷機(jī)的冷頭部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)工作。
　　 然后，采用Fluent 對(duì)空諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲場(chǎng)模擬，驗(yàn)證Fluent分析熱聲問(wèn)題的可行性。通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)諧振管內(nèi)聲場(chǎng)的對(duì)比研究，得到優(yōu)化的諧振管結(jié)構(gòu)。與分析空諧振管進(jìn)行相同的參數(shù)設(shè)置，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了數(shù)值分析，包括系統(tǒng)中的壓力與溫度分布特性、回?zé)崞髦械膲毫蜏囟日袷?、回?zé)崞髋c換熱器之間間隙對(duì)流場(chǎng)的影響，進(jìn)一步指導(dǎo)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)