【摘要】：熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)是一種完全沒有運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件的新型熱力裝置,它采用惰性氣體作為工作介質(zhì),并且依靠低品位熱源來加熱系統(tǒng)內(nèi)的氣體介質(zhì),從而產(chǎn)生聲自激振蕩現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)熱能到聲能的轉(zhuǎn)化。這樣“綠色”的新型技術(shù),不僅可以有效地解決化石燃料短缺造成的能源問題,而且可以從根本上避免機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)過程中由于摩擦和振動(dòng)產(chǎn)生的能量損失,在發(fā)電、制冷、液化天然氣等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,因此熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的起振過程是涉及熱能和聲能的轉(zhuǎn)化以及非線性自激振蕩的復(fù)雜過程,對這一過程的理論研究有待突破,而深入研究駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的起振過程對提高駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的熱聲轉(zhuǎn)化效率是非常重要的。駐波發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)、傳熱與熱力過程是高度耦合的,而計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)又廣泛地應(yīng)用于流動(dòng)與傳熱問題中。本文正是在這樣的基礎(chǔ)上,采用CFD方法對駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的起振過程進(jìn)行數(shù)值模擬,通過對發(fā)動(dòng)機(jī)物理模型的比擬轉(zhuǎn)化建立了駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的二維幾何模型。為使駐波發(fā)動(dòng)機(jī)中各部件的內(nèi)部區(qū)域的數(shù)據(jù)更好地連通,故采用可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格平滑過渡的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)域的離散。在以1.0MPa的氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)的條件下,通過固定加熱量的方式來模擬駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的起振過程,成功地觀測到完整的聲自激振蕩過程,這可以使熱聲研究人員對駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的起振過程有進(jìn)一步的認(rèn)識。然后本文對模擬結(jié)果進(jìn)行傅里葉分析發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定振蕩時(shí)出現(xiàn)二次諧振的現(xiàn)象,最后探究了起振時(shí)間和飽和壓力與加熱量之間的關(guān)系以及基頻與諧振管長度之間的關(guān)系,這些結(jié)論對駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

如圖 1.1-(a)所示。當(dāng)火焰移動(dòng)到恰當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，玻璃管，當(dāng)時(shí)人們稱之為“歌焰”，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)熱聲現(xiàn)象[6]�，F(xiàn)由于 Higgins 管作用，，爐膛和高煙囪中的火焰偶爾會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)振動(dòng)或象[7]。世紀(jì)的歐洲，吹玻璃的工人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個(gè)熱玻璃球與一根細(xì)玻璃管玻璃管的一端會(huì)發(fā)出響聲[8]。之后，Sondhauss 對這一現(xiàn)象進(jìn)行了研一現(xiàn)象與細(xì)玻璃管的尺寸有關(guān)而與玻璃無關(guān)，于是他把一端封閉、且能產(chǎn)生聲振動(dòng)的管稱為“Sondhauss”管[9]。駐波發(fā)動(dòng)機(jī)的原型ss 管，如圖 1.1-(b)所示。9 年，Rijke 豎直向下放置一根兩端未封閉的管，并在靠近管的下端后，也聽到了響音[10]。然后他對此現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究發(fā)現(xiàn)：是加熱絲網(wǎng)的上下兩端出現(xiàn)溫度梯度而產(chǎn)生的[11]。Stirling 發(fā)動(dòng)機(jī)Rijke 管，如圖 1.1-(c)所示�，F(xiàn)在，Rijke 管經(jīng)常在熱聲教學(xué)的課堂演用[12]。

[38]，如圖1.2所示。他們從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)角度對板疊式回?zé)崞鞯墓ぷ鳈C(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬，通過分析模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱聲系統(tǒng)內(nèi)諧波的出現(xiàn)是回?zé)崞髟谙到y(tǒng)內(nèi)振動(dòng)時(shí)具有多種模態(tài)而產(chǎn)生的，這為研究回?zé)崞髦新暯Y(jié)構(gòu)的特性提供了新思路。圖 1.2 板疊的三維模型圖Fig. 1.2 Three-dimensional model diagram of stack2017 年，浙江大學(xué)的黎明等分析了四級環(huán)路的行波發(fā)動(dòng)機(jī)[39]，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用 1.28%的 Gedeon 聲直流時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和卡諾效率下降幅度較大，這說明適當(dāng)?shù)匾种?Gedeon 聲直流可以有效地提高行波發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。同年，武漢工程大學(xué)理學(xué)院的田一澤等在復(fù)雜換熱條件下建立了不可逆的熱聲熱機(jī)循環(huán)模型[40]，通過有限時(shí)間熱力學(xué)方法得到了功率與效率的表達(dá)式，這一結(jié)果對新型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的理論研究具有重要意義。1.2.2 熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的聲場類型
【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】：2018
【分類號】：TK05

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 初敏;徐旭;;Rijke管自激熱聲振蕩的數(shù)值模擬[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2015年01期

2 劉益才;武f

本文編號：2630367