高壓工況四級環(huán)路行波熱聲發(fā)動機的理論和實驗研究.pdf

1、熱聲發(fā)動機是基于熱聲效應(yīng)的一種新型壓力發(fā)生裝置。因其系統(tǒng)內(nèi)無運動部件，常采用惰性氣體作為工質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、運行過程環(huán)保等優(yōu)點，但是也面臨著壓比小（一般小于1.4）、單位體積能量密度較低等問題。提高熱聲發(fā)動機系統(tǒng)的工作壓力通常有利于增大壓力振幅，進而能提高流體流經(jīng)流道截面的聲功率。本文基于數(shù)值模擬與分析，設(shè)計并搭建了一臺能夠承受高壓的四級環(huán)路行波熱聲發(fā)動機實驗系統(tǒng)，并對系統(tǒng)在高壓下的運行情況進行了實驗研究。主要開展如下研究工作

2、：
　　1.首先基于線性熱聲理論，建立了四級環(huán)路行波熱聲發(fā)動機的數(shù)值模型，并對四級環(huán)路行波熱聲發(fā)動機進行了整機模擬，分析了系統(tǒng)的溫度分布、壓力振幅與相位的分布、體積流速振幅與相位的分布、比聲阻抗分布以及聲功流率分布的情況。結(jié)果顯示，其溫度、壓力振幅、體積流速振幅、比聲阻抗以及聲功流率在每個單元中的分布都是相同的，而壓力相位與體積流速相位則呈現(xiàn)對稱分布。
　　2.鑒于四級環(huán)路行波熱聲發(fā)動機中的聲場呈現(xiàn)對稱分布，對其中一級進行研

3、究，采用6 MPa的He作為工質(zhì)，重點研究了截面積比、水冷器、回熱器、加熱器、熱緩沖管、諧振管和阻容負載對于系統(tǒng)的壓力振幅、效率以及加熱功率等性能參數(shù)的影響，并基于此對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。
　　3.搭建了一臺能在高壓工況下運行的四級環(huán)路行波熱聲發(fā)動機系統(tǒng)，并開展了實驗研究工作。綜合壓力振幅和加熱溫度兩方面考慮，研究了在不同的充氣壓力下，系統(tǒng)無負載時回熱器絲網(wǎng)目數(shù)、工質(zhì)以及加熱功率對熱聲發(fā)動機性能的影響，并將不同充氣壓力與加熱功