指数型热声谐振管内非线性声流场的模拟研究

发布时间：2017-07-02 10:14

  本文关键词：指数型热声谐振管内非线性声流场的模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热声制冷机是一种极具发展潜力和应用前景的新型制冷机,随着热声制冷机实用化的发展,对热声制冷效率的要求越来越高。谐振管是热声制冷机的重要组成部件,管内振荡流场产生的声压幅值及压比大小对制冷效率有着重大影响。相同驱动条件下,高的声压幅值和压比能提高声功,从而提升制冷机的制冷效率。指数型热声谐振管是一种能提高管内压比的优秀管型,但当管内声压幅值较大时,现有的线性热声理论已经无法解释大振幅情况下出现的一些非线性现象。目前关于指数型管内非线性声流场的模拟研究大多是基于一维模型,且缺乏能进一步提升指数管性能的方法。为此,本文研究指数型热声谐振管内的二维非线性声流场特性,探索提高热声制冷效率的有效方法。论文利用计算流体力学软件Fluent对指数管内二维非线性声流场进行模拟计算。由于驱动频率等于指数管谐振频率时,管内能得到最大声压幅值,故对指数管谐振频率进行了研究,获得了声压幅值、压比最大的管型。在得到指数管谐振频率关系后,通过与圆柱直管内声场的比较,验证了指数管减少声功耗散的优秀性能,并对管内声流场特征进行了分析。最后探索了边界温度对管内声场的影响并提出能提升谐振管性能的建议,从而为高效的热声制冷机设计提供参考。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)对一种圆柱型直管内声场进行模拟分析,通过与文献结果对比,验证了运用Fluent软件对热声问题进行模拟的可行性以及计算模型的正确性。(2)模拟研究了六种(m=2.0,2.2,2.4,2.6,2.8和3.0)不同形状参数的指数型热声谐振管内二维非线性声场特性,分析了驱动频率和驱动强度对管内声压演化过程及谐振频率的影响,并探索了指数管实际谐振频率与理论计算谐频之间的关系。(3)通过对m=2.2的指数管和与其等直径、等体积的直管内声场的模拟与比较,验证了指数管具有提高管内压比和抑制高次谐波的能力,并对指数管内声场以及流场结构特征进行了分析。最终探索了壁面边界温度的改变对指数管内声场的影响,得到了能提升谐振管性能的边界温度。
【关键词】：热声制冷 指数型热声谐振管 谐振频率 声流场 边界温度
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB651
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 热声制冷机发展概述11-14
• 1.2.1 热声效应的发现11-12
• 1.2.2 热声制冷机的发展12-14
• 1.3 热声谐振管的数值模拟研究现状14-15
• 1.4 FLUENT软件在热声模拟中的应用15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第二章 数值模拟的理论基础及计算模型验证18-28
• 2.1 数值模拟理论基础18-21
• 2.2 谐振管内声流场特点21-22
• 2.3 物理模型22-23
• 2.4 计算模型23-25
• 2.4.1 网格划分及初始条件设置23
• 2.4.2 求解器的设置23-25
• 2.5 模型验证25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 指数型热声谐振管谐频关系研究28-40
• 3.1 指数管内声压的理论分析28-30
• 3.2 基于线性理论的指数管谐频关系30-31
• 3.3 基于数值模拟的指数管谐频分析31-38
• 3.3.1 物理模型31
• 3.3.2 计算模型设置31-32
• 3.3.3 驱动频率对声压分布的影响32-34
• 3.3.4 驱动强度对谐振频率的影响34-36
• 3.3.5 谐振管实际谐振频率与理论计算谐振频率之间的关系36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 指数型谐振管内声流场模拟40-54
• 4.1 指数管和圆柱直管内声场比较40-44
• 4.1.1 物理模型40-41
• 4.1.2 压力波形及频谱结果分析41-43
• 4.1.3 谐振管内压比分布43-44
• 4.2 指数管内声流场特性分析44-48
• 4.3 边界温度对指数管内声场的影响48-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 论文结论54-55
• 5.2 研究展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-62
• 附录 攻读学位期间参研项目和发表论文62

【参考文献】

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本文编号：509483