热声理论及驻波型热声热机的数值模拟研究

发布时间：2017-08-05 06:21

  本文关键词：热声理论及驻波型热声热机的数值模拟研究

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【摘要】：热声热机是一种与常规的动力装置完全不同的新型机械热机,它凭借着气体的自激振荡来输出声功,不仅如此,它还具有无任何机械运动部件,同时利用低品位能源驱动,并且采用对环境无任何污染的惰性气体为工质等优点,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计算在热声热机研究发展中越来越受到重视,通过对热声系统模拟计算可以得到在一定误差范围内系统的热力学特性,这将对以后热声热机的实验系统的研究提供有效的帮助。本文介绍了热声热机的应用前景以及热声热机数值模拟计算的发展情况并且利用有限元方法对一台驻波型热声发动机的实验系统进行数值模拟计算,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运行工况作为此次模拟计算的物理模型,同时采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计算框图并以此框图为依据进行模拟计算,通过自主编写计算程序,设计了一套比较完整的热声系统模拟计算程序,最后根据数值模拟计算结果成功观测到实际驻波型热声发动机系统内声场和流场特性以及发动机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。本文最后介绍了线性热声理论的局限性和非线性热声理论的发展现状,同时在线性热声理论的基础上建立了非线性热声理论模型并讨论了其利用有限元方法求解的可能性。
【关键词】：热声 驻波 有限元 非线性
【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】：TK05
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1．绪论9-19
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 热声学发展历史10-16
• 1.2.1 热声理论发展历史10-12
• 1.2.2 热声热机发展历史12-16
• 1.3 数值模拟的国内外现状16-18
• 1.3.1 国外部分16-17
• 1.3.2 国内部分17-18
• 1.4 研究热点18
• 1.5 本文工作18-19
• 2．热声学理论19-30
• 2.1 热声效应19
• 2.2 线性热声理论19-22
• 2.3 热声网络模型22-26
• 2.4 时均声功流26-27
• 2.5 时均总能流27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3．热声发动机的数值模拟30-40
• 3.1 有限元方法的简介30-31
• 3.2 系统的基本模型31-34
• 3.2.1 物理模型31-32
• 3.2.2 数学模型32-34
• 3.3 有限元模型34-36
• 3.4 数值模拟算法36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4．计算结果与性能分析40-54
• 4.1 系统内部声场和流场分布40-43
• 4.2 高温端换热器对系统的性能影响分析43-46
• 4.3 板叠对系统的性能影响分析46-49
• 4.4 室温端换热器对系统的性能影响分析49-50
• 4.5 谐振管对系统的性能影响分析50-53
• 4.6 计算结果与实验结果比较53
• 4.7 本章小结53-54
• 5．非线性热声理论的研究54-64
• 5.1 线性热声理论的局限性54-55
• 5.2 非线性热声理论的研究进展55-57
• 5.2.1 国内部分55-56
• 5.2.2 国外部分56-57
• 5.3 二维一阶热声理论模型57-60
• 5.3.1 模型的建立57-58
• 5.3.2 模型的求解58-60
• 5.4 二维二阶非线性热声理论模型60-62
• 5.5 数值模拟计算的可能性62-63
• 5.6 本章小结63-64
• 6．结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 作者简介71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 ;Numerical analysis on thermoacoustic engine using network method[J];Chinese Journal of Acoustics;2003年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李艳锋;驻波型热声发动机起振机理的理论与实验研究[D];浙江大学;2010年

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本文编号：623497