本文關(guān)鍵詞：行波型熱聲發(fā)動機的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：熱聲熱機是一種與傳統(tǒng)的熱機完全不同的新型熱機,它通過工質(zhì)氣體的自激振蕩來產(chǎn)生聲功。它具有無運動部件、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長等優(yōu)點;除此之外,它可以利用廢熱,太陽能等作為熱源;采用惰性氣體作為工質(zhì),有利于保護環(huán)境,是一種非常有價值和潛力的新型動力裝置。目前,熱聲熱機的數(shù)值模擬在熱聲學(xué)的研究進程中越來越受到重視,通過對熱聲系統(tǒng)模擬可以對系統(tǒng)內(nèi)的熱力學(xué)特性進行預(yù)測,而且能夠為熱聲系統(tǒng)的實驗研究和熱聲熱機的設(shè)計提供很大的幫助。熱聲熱機包括駐波型熱聲熱機和行波型熱聲熱機,普遍認為,行波熱聲設(shè)備的效率要高于駐波設(shè)備,因此,對行波型熱聲熱機的研究已成為熱聲領(lǐng)域的研究熱點。首先,本文利用有限元方法對一臺行波型熱聲發(fā)動機的實驗系統(tǒng)進行數(shù)值模擬,以線性熱聲理論作為此次模擬計算的數(shù)學(xué)模型,采用與實驗系統(tǒng)相同的工況條件作為此次模擬計算的物理模型。同時利用有限元方法中的加權(quán)余量法對上述數(shù)學(xué)模型進行求解,然后根據(jù)整個系統(tǒng)求解的算法建立了數(shù)值模擬的計算框圖并以此為依據(jù)對系統(tǒng)依次進行迭代計算,最后根據(jù)計算結(jié)果成功觀測到實際行波型熱聲發(fā)動機系統(tǒng)內(nèi)的流場特性以及內(nèi)部各個部件對熱聲系統(tǒng)的影響,并根據(jù)計算結(jié)果對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了優(yōu)化方案。其次,本文對熱聲二維一階理論模型做了簡化,提出了利用有限元方法中的加權(quán)余量法對簡單管路模型求解的算法,對求解步驟進行了詳細的介紹并繪制了求解計算框圖。最后,對全文進行了總結(jié)與展望。
【關(guān)鍵詞】：熱聲 行波 數(shù)值模擬 有限元
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 緒論9-20
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 熱聲學(xué)發(fā)展歷史10-17
• 1.2.1 熱聲理論發(fā)展歷史10-12
• 1.2.2 熱聲熱機發(fā)展歷史12-17
• 1.3 數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 研究熱點18-19
• 1.5 本文工作簡介19-20
• 2．熱聲理論20-34
• 2.1 熱聲效應(yīng)20
• 2.2 熱聲效應(yīng)的熱力循環(huán)分析20-21
• 2.2.1 行波系統(tǒng)熱致聲現(xiàn)象20-21
• 2.3 線性熱聲理論21-25
• 2.3.1 Rott聲學(xué)近似假設(shè)21-22
• 2.3.2 熱聲學(xué)基本方程的推導(dǎo)與簡化22-23
• 2.3.3 方程的解與討論23-25
• 2.4 熱聲網(wǎng)絡(luò)模型25-29
• 2.5 聲功流29-31
• 2.6 總能流31-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 3．行波型熱聲發(fā)動機的數(shù)值模擬34-47
• 3.1 有限元方法的簡介34-35
• 3.2 系統(tǒng)實驗裝置和基本模型35-39
• 3.2.1 實驗裝置35-37
• 3.2.2 數(shù)學(xué)模型37-39
• 3.3 有限元模型39-43
• 3.3.1 計算區(qū)域的離散39-40
• 3.3.2 插值函數(shù)與權(quán)函數(shù)40-43
• 3.4 數(shù)值模擬算法43-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 4．模擬結(jié)果與性能分析47-64
• 4.1 系統(tǒng)內(nèi)基本聲場分析47-53
• 4.2 加熱器的模擬結(jié)果分析53-56
• 4.3 回?zé)崞髂M結(jié)果分析56-59
• 4.4 諧振管的模擬結(jié)果分析59-62
• 4.5 計算結(jié)果和實驗結(jié)果的比較62-63
• 4.6 誤差分析與優(yōu)化方案63
• 4.7 本章小結(jié)63-64
• 5．熱聲非線性理論模型的研究64-76
• 5.1 線性熱聲理論的局限性64-65
• 5.2 非線性熱聲理論的研究進展65-66
• 5.2.1 國內(nèi)部分65
• 5.2.2 國外部分65-66
• 5.3 對熱聲二維一階理論模型推導(dǎo)及簡化66-67
• 5.3.1 理論模型的推導(dǎo)及建立66-67
• 5.3.2 熱聲理論中的基本假設(shè)67
• 5.4 二維一階模型的求解算法67-75
• 5.4.1 計算區(qū)域的離散67-69
• 5.4.2 插值函數(shù)的相關(guān)計算69-70
• 5.4.3 加權(quán)余量方程以及單元方程的建立70-72
• 5.4.4 整體方程的建立72-73
• 5.4.5 數(shù)值模擬的算法73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 6．結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76
• 6.2 展望76-78
• 參考文獻78-82
• 致謝82-83
• 作者簡介83-84

【相似文獻】

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本文編號：1086555