行波型热声发动机的数值模拟研究

发布时间：2017-10-24 02:16

  本文关键词：行波型热声发动机的数值模拟研究

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【摘要】：热声热机是一种与传统的热机完全不同的新型热机,它通过工质气体的自激振荡来产生声功。它具有无运动部件、结构简单、可靠性高、寿命长等优点;除此之外,它可以利用废热,太阳能等作为热源;采用惰性气体作为工质,有利于保护环境,是一种非常有价值和潜力的新型动力装置。目前,热声热机的数值模拟在热声学的研究进程中越来越受到重视,通过对热声系统模拟可以对系统内的热力学特性进行预测,而且能够为热声系统的实验研究和热声热机的设计提供很大的帮助。热声热机包括驻波型热声热机和行波型热声热机,普遍认为,行波热声设备的效率要高于驻波设备,因此,对行波型热声热机的研究已成为热声领域的研究热点。首先,本文利用有限元方法对一台行波型热声发动机的实验系统进行数值模拟,以线性热声理论作为此次模拟计算的数学模型,采用与实验系统相同的工况条件作为此次模拟计算的物理模型。同时利用有限元方法中的加权余量法对上述数学模型进行求解,然后根据整个系统求解的算法建立了数值模拟的计算框图并以此为依据对系统依次进行迭代计算,最后根据计算结果成功观测到实际行波型热声发动机系统内的流场特性以及内部各个部件对热声系统的影响,并根据计算结果对发动机的结构设计提出了优化方案。其次,本文对热声二维一阶理论模型做了简化,提出了利用有限元方法中的加权余量法对简单管路模型求解的算法,对求解步骤进行了详细的介绍并绘制了求解计算框图。最后,对全文进行了总结与展望。
【关键词】：热声 行波 数值模拟 有限元
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 热声学发展历史10-17
• 1.2.1 热声理论发展历史10-12
• 1.2.2 热声热机发展历史12-17
• 1.3 数值模拟的研究现状17-18
• 1.4 研究热点18-19
• 1.5 本文工作简介19-20
• 2．热声理论20-34
• 2.1 热声效应20
• 2.2 热声效应的热力循环分析20-21
• 2.2.1 行波系统热致声现象20-21
• 2.3 线性热声理论21-25
• 2.3.1 Rott声学近似假设21-22
• 2.3.2 热声学基本方程的推导与简化22-23
• 2.3.3 方程的解与讨论23-25
• 2.4 热声网络模型25-29
• 2.5 声功流29-31
• 2.6 总能流31-33
• 2.7 本章小结33-34
• 3．行波型热声发动机的数值模拟34-47
• 3.1 有限元方法的简介34-35
• 3.2 系统实验装置和基本模型35-39
• 3.2.1 实验装置35-37
• 3.2.2 数学模型37-39
• 3.3 有限元模型39-43
• 3.3.1 计算区域的离散39-40
• 3.3.2 插值函数与权函数40-43
• 3.4 数值模拟算法43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4．模拟结果与性能分析47-64
• 4.1 系统内基本声场分析47-53
• 4.2 加热器的模拟结果分析53-56
• 4.3 回热器模拟结果分析56-59
• 4.4 谐振管的模拟结果分析59-62
• 4.5 计算结果和实验结果的比较62-63
• 4.6 误差分析与优化方案63
• 4.7 本章小结63-64
• 5．热声非线性理论模型的研究64-76
• 5.1 线性热声理论的局限性64-65
• 5.2 非线性热声理论的研究进展65-66
• 5.2.1 国内部分65
• 5.2.2 国外部分65-66
• 5.3 对热声二维一阶理论模型推导及简化66-67
• 5.3.1 理论模型的推导及建立66-67
• 5.3.2 热声理论中的基本假设67
• 5.4 二维一阶模型的求解算法67-75
• 5.4.1 计算区域的离散67-69
• 5.4.2 插值函数的相关计算69-70
• 5.4.3 加权余量方程以及单元方程的建立70-72
• 5.4.4 整体方程的建立72-73
• 5.4.5 数值模拟的算法73-75
• 5.5 本章小结75-76
• 6．结论与展望76-78
• 6.1 结论76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 作者简介83-84

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本文编号：1086555