設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)三級(jí)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī),并基于線性熱聲理論和實(shí)驗(yàn)研究分析了該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的聲場(chǎng)特性。結(jié)果表明:理論計(jì)算中各級(jí)加熱功率相同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)聲場(chǎng)對(duì)稱;而實(shí)驗(yàn)中加熱功率相同時(shí)聲場(chǎng)存在不一致性,需要輸入特定的加熱功率來(lái)控制三級(jí)加熱溫度基本相同,從而保證三級(jí)聲場(chǎng)基本對(duì)稱,此時(shí)相鄰兩級(jí)對(duì)應(yīng)位置的壓力相位差在120°±10°范圍內(nèi);隨著充氣壓力和加熱溫度的升高,系統(tǒng)工作頻率略有升高,變化不顯著,系統(tǒng)壓力振幅和壓比則增大明顯。以氮?dú)夂秃鉃楣べ|(zhì)時(shí),工作頻率分別在20 Hz和55 Hz左右;實(shí)驗(yàn)中壓比分別達(dá)到了1.28和1.18。 

【文章來(lái)源】：聲學(xué)學(xué)報(bào). 2020,45(03)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

圖８以氦氣為工質(zhì)時(shí)，壓力波頻譜分析??

態(tài)，由于傳熱過(guò)程??的非線性效應(yīng)，當(dāng)速度振幅小干平均流速時(shí)，速度振??幅會(huì)逐漸增加并逐漸達(dá)到一階模態(tài)的飽和；約速度??振幅大干平均流速時(shí)，在一個(gè)振蕩周期內(nèi)管內(nèi)流速??出現(xiàn)反向，激發(fā)新的不穩(wěn)定傳熱雖，形成高階的聲學(xué)??模態(tài)，產(chǎn)生高次諧波，而氦氣的流速遠(yuǎn)高寧氮?dú)�，�??度振幅增大到大于Ｔ均流速的難度更大，因此與氮??氣相比，其出現(xiàn)二次諧波的可能性更低。??２．３聲場(chǎng)分布??以氮?dú)饣虻獨(dú)鉃楣べ|(zhì)時(shí)，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的聲場(chǎng)分??布規(guī)律基本相似。因此以氦氣為例，分析其聲場(chǎng)分布??情況。??圖９給出了在２?ＭＰａ充氣壓力，３２ＣＴＣ的加熱??溫度下，以氦氣為工質(zhì)時(shí)計(jì)算得到的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)聲??場(chǎng)分布情況，包括沿程的壓力振幅分布、體積流率??振幅分布、壓力與體積流率的相位差分布及聲功流??分布，其中圖中豎直的灰色Ｋ域?yàn)榛責(zé)崞鞫�。�?jì)算結(jié)??果中三級(jí)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)各級(jí)加熱功率均在２７００?Ｗ??左右，且各級(jí)聲場(chǎng)對(duì)稱分布。其中熱聲核處的壓力振??幅相對(duì)較大，體積流率相對(duì)較小，聲功在回?zé)崞魈幍??到放大；諧振管處的壓力振幅相對(duì)較小，體積流率相??對(duì)較大，聲功出現(xiàn)了部分損耗。以回?zé)崞鳛槔瑝毫??振幅在回?zé)崞鲀?nèi)由２４３．７?ｋＰａ減小到２０７．４?ｋＰａ，而體??積靡率振幅從〇．〇１碗ｒｏｓ／ｓ増大到了?０．０２部ｍ３／Ｓｉ壓??力與體積流率相位差從－２〇ｐ變化到了?－聲??功則從２１５１．７?Ｗ增大到了?３２５５４?Ｗ？可見(jiàn)由于回??熱器內(nèi)的黏性損失，壓力振幅有所減小，但隨著靠??０?１２３４５６７８９?１０?１１?１２??Ｚ（ｍ）??圖９以氦氣為工質(zhì)時(shí)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的聲場(chǎng)分布??０（５（０（５（０（５（??３?２?

其??效率變化不大。不過(guò)這并不代表聲場(chǎng)不一致性沒(méi)有??影響，當(dāng)各級(jí)不一致性過(guò)大時(shí)，會(huì)影響到熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)??的實(shí)際應(yīng)用。如用該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)發(fā)??電，各級(jí)存在明顯不一致性時(shí)，將導(dǎo)致各級(jí)直線發(fā)電??機(jī)的選型和最優(yōu)工況有所不同。??在各熱聲單設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)相同前提下，在??ＤｄｔａＥＣ模型中，各級(jí)加熱功率．不同導(dǎo)致加熱溫度??不同，聲場(chǎng)出現(xiàn)不一致性，而各級(jí)加熱功率相同時(shí)??聲場(chǎng)對(duì)稱；而在實(shí)驗(yàn)．中，各級(jí)加熱功率相同時(shí)，各錁．??加熱溫度仍然可能不同，聲場(chǎng)仍會(huì)出現(xiàn)不一致性。??圖１２（ａ）和圖１２（ｂ）分別給出了以氮?dú)夂秃鉃楣べ|(zhì)??時(shí)，實(shí)驗(yàn)中三級(jí)加熱溫度升高時(shí)分別需要的加熱功率??的大校由圖可得．，竺級(jí)加熱器在相同加熱功率下達(dá)．??到的加熱溫度不一致。如以氣氣為工質(zhì)時(shí)，若保持三??級(jí)加熱功率均為１９３．３?ＷＴ則一級(jí)加熱溫度在３９９°Ｃ，??二級(jí)加熱溫度在３２（Ｔａ三級(jí)加熱溫度在３４ＩＴＣ，仝級(jí)??加熱溫度明顯不同，從而導(dǎo)致熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)各級(jí)之間??的壓力波動(dòng)、體積流率等會(huì)出現(xiàn)較大差別，聲場(chǎng)出現(xiàn)??不一致性，如圖１３所示。圖１３給川了在２?ＭＰａ的??充氣壓力下，Ｐ２，?Ｐ３和Ｐ４處壓力振幅隨加熱功率??的變化趨勢(shì)。無(wú)論工質(zhì)為氮?dú)膺�是氦氣，同一加熱功??率下，Ｐ２、Ｐａ和Ｐ４的壓力振幅均不相同，且差別較??大，最高相對(duì)誤差在３０％以上．如以氦氣為工質(zhì)，??單級(jí)加熱功率在２：４００?Ｗ左右時(shí)，Ｐ２處的壓力振幅??為＿２１６４?ｋＰｇ，?Ｍ處的壓力振幅為１＿，１?．ｋＰａ，．：ｐ４處??１５０??０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０??加熱功率（脫〇??（ｂ）氦氣??圖１２實(shí)驗(yàn)中三級(jí)加熱溫度和

【參考文獻(xiàn)】：
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