热声起振机理的研究进展
热声斯特林发动机起消振特性实验研究的开题报告

热声斯特林发动机起消振特性实验研究的开题报告Title: Experimental Study on Vibration and Noise Characteristics of Stirling EnginesBackground:Stirling engines have gained popularity in recent years due to their high efficiency and low emission rate. However, one of the major challenges facing the application of Stirling engines is their vibration and noise levels, which can have negative impacts on their performance and user experience. Therefore, it is imperative to investigate the vibration and noise characteristics of Stirling engines to optimize their operation and reduce their negative impact.Objectives:The main objective of this study is to conduct an experimental investigation on the vibration and noise characteristics of Stirling engines through the following specific goals:1. To measure the vibration levels of the Stirling engine during operation by using accelerometers and other vibration measurement instruments.2. To analyze the frequency spectrum of the vibration signals obtained in order to identify the sources of the vibration.3. To investigate the relationship between the vibrational responses and different engine parameters, such as engine speed, temperature, and pressure.4. To perform noise measurements of the Stirling engine during operation by using sound pressure meters and analyze the frequency spectrum of the noise signals.5. To investigate the effect of different design parameters, such as piston clearance and crankshaft balance, on the vibration and noise characteristics of the Stirling engine.Methodology:The study will be carried out in a laboratory setting using a Stirling engine. Different experimental setups will be used for measuring the engine vibration and noise characteristics, including accelerometers and sound pressure meters. The Stirling engine will be operated at various engine speeds, temperatures, and pressures, and the vibration and noise characteristics will be measured and analyzed. Additionally, different engine design parameters will be modified to investigate their impact on the vibration and noise characteristics.Expected Outcome:The expected outcome of this study is to provide a better understanding of the vibration and noise characteristics of Stirling engines, as well as identifying the sources of the vibration and noise. The study will also provide insight into how different design parameters and operating conditions affect the vibration and noisecharacteristics. The findings of this study will be useful in optimizing the operation of Stirling engines and reducing their negative impacts on users.。
Taconis热声振荡的数值模拟研究的开题报告

Taconis热声振荡的数值模拟研究的开题报告一、研究背景声波作为一种传递能量的波动,具有在热力学系统中产生振荡的作用。
热声振荡指的是在有介质的热力学系统中,由于温度梯度的存在,声波在介质中反复传播而产生振荡现象。
热声振荡具有广泛的应用,例如热声制冷、声波泵、温度计等方面。
Taconis于1938年提出的热声振荡理论,被认为是热声振荡研究中的经典理论。
其理论中,声振荡的振幅、频率、阻尼等都与温度的分布有密切关联。
然而,热声振荡的复杂多变,理论模型难以精确描述实际的热声振荡现象。
目前,数值模拟成为了研究热声振荡的主要手段之一。
借助计算机模拟,可以更加深入地探究热声振荡的机理和规律。
而且,数值模拟可以对热声振荡系统进行仿真实验,提高实验效率和减少实验成本。
二、研究内容本文将基于Taconis理论,利用ANSYS软件进行热声振荡的数值模拟。
具体包括以下内容:1. 建立热声振荡模型。
根据Taconis理论,建立热声振荡的数学模型,确定温度分布、声场分布等相关参数。
2. 数值求解。
采用有限元方法,利用ANSYS软件对热声振荡模型进行数值求解。
通过数值仿真,得到模型中不同参数随时间的变化规律。
3. 计算分析。
根据数值仿真结果,深入分析热声振荡系统中各种参数变化的规律,探究声振荡的频率、振幅、阻尼等物理性质。
三、研究意义本文将建立和验证热声振荡的数学模型,可以更好地理解热声振荡现象的本质。
同时,通过数值模拟,可以对不同参数下热声振荡的特性进行分析,有助于深入探究其物理性质。
此外,基于数值模拟的研究,可以在实验前提高对热声振荡的认识,减少实验成本和效率。
四、研究方法1. 建立热声振荡模型,确定系统参数。
2. 使用ANSYS软件进行数值求解。
3. 对数值仿真结果进行分析;通过MATLAB分析计算得到的结果。
4. 编写开题报告,重点阐述论文的研究思路、方法和意义。
五、预期结果通过建立热声振荡的数学模型,利用ANSYS软件进行数值模拟,得到热声振荡随时间的变化规律。
热声起振过程的实验研究

起振 是指 回热器 ( 热声 板 叠 ) 到某 一 临界 温 或 达 度 梯度 时工作 流体 由静止 状 态 向周 期 性 振 荡状 态 转 17 7 7年 , yo i is首 次 发 现 热 声 效 应 。经 B rn H g n g
c a a trsis o h e tg s, n r y so i g,o s ta d s t r to fs l— s il t g p o e swe e r v a e h r c e itc ft r e sa e e e g trn n e n au a in o efo clai r c s r e e ld. n
Ex e i e t o e fo c la i r c s n a p rm n f s l- s il tng p o e s i
t r o c us i tr i g e i he m a o tc S i ln ng ne
LuJ g Q uLm n L i iu Wa gH Wa gB B i u S nD m n i i i ii n a Bh i n u n o a K n u a ig
热声系统起振机理的初步研究

热声系统起振机理的初步研究
欧阳录春;邱利民;张武;孙大明;谢雪梅
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2002(000)005
【摘要】根据气体密度、粘度和导热系数等物性参数随温度的变化规律,在对热声系统中热声转换的关键部件丝网板叠进行合理简化的基础上,给出了热声系统起振机理的一种初步解释,对进一步完善热声理论具有一定指导意义.
【总页数】6页(P6-11)
【作者】欧阳录春;邱利民;张武;孙大明;谢雪梅
【作者单位】浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027;浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TB533
【相关文献】
1.热声斯特林发动机系统的起消振过程研究 [J], 金滔;毛长松;汤珂;洪剑平;钟笑鸣
2.热声系统起振消振行为的实验研究 [J], 金滔;陈国邦;应哲强;徐友仁;冯绍苏
3.热声起振机理的研究进展 [J], 刘靖;邱利民;赖碧翚;孙大明
4.热声直线发电系统声学阻抗匹配机理与匹配性设计研究 [J], 林锦豪
5.直线导轨副系统阻尼减振机理研究及仿真 [J], 刘文威;黄强;黄创绵;成克强;王远航;董成举
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热声发动机起振行为实验研究

1 引 言
热声 发 动机是 一种 基 于热声 效应 工作 的新 型
5 0 0  ̄ C。2 0 1 0年 , 日本 东 北 大 学 B i w a 等 则 介 绍 了一种 采用 质量 因子 预测 临界 温 度 比( 板 叠 热 端
温度/ 冷端 温度 ) 的方 法 , 大 大 降低 了一 台斯 特林
( 1 . 华 中科技大学 , 武汉 4 3 0 0 7 4 ; 2 . 中国科学 院理化技术研 究所 低温工程学重点实验室 , 北京 1 0 0 1 9 0 :
3 . 中国 科 学 院 大 学 , 北京 1 0 0 0 4 9 ) 摘要 : B f 究 了热声发动机起振过程 , 对 B e n a v i d e s 构 建 的 动 力 学 模 型 的计 算 方 法 进 行 了优 化 , 计算 了控制压力 、 回热 器 参 数 和 系 统 频 率 对 热 声 发 动 机 起 振 温 度 的 影 响 。并 进 行 了 实 验 , 计 算结 果 与实验 结果 一 致 , 证 明 了 优 化 效果 。 关键词 : 热 声 发 动机 ; 热声起振 ; 临 界 起 振 温 度 梯 度
Ke y wo r ds: Th e r mo a c o u s t i c e ng i n e,S e l f— s t a r t i n g pe fo r r ma n c e,Cr i t i c a l t e mpe r a t u r e g r a di e n t
,
3 . G r a d u  ̄e S c h o o l o f t h e C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s , B e i j i n g 1 0 0 0 4 9 , C h i n a )
混合工质热声发动机起振及消振特性试验研究

( 郑 州 大 学 化 工 与 能 源 学 院 郑 州
4 5 0 0 0 1 )
广 州 5 1 0 6 4 0 )
( 华 南 理 工 大 学 传 热 强 化 与 过 程 节 能 教 育 部 重 点 实 验 室
文献 标识 码 : A
文章 编号 : 1 0 0 0 - 6 5 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 3 - 0 0 5 7 - 0 5
Ex pe r me nt a l s t u d y o n o ns e t a n d d a mp i ng p r o p e r t y o f t he r mo a c o u s t i c e n g i n e wi t h mi x t选择 合适 角度和 工质 以降低 系统起振 温度 提供 了试 验参 考 , 并 为 太 阳能 驱 动 的热 声发 动 机
的 设 计 和 工 质 的 选 择 提 供 了试 验 依 据 。 关键 词 : 热 声 发 动 机 自然 对 流 热 力 特 性 太 阳 能
中图分类 号 : T B 6 5 , T B 6 6 3
( 。S c h o o l o f C h e mi c a l E n g i n e e r i n g a n d E n e r g y ,Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ,C h i n a ) ( T h e K e y L a b o f E n h a n c e d He a t T r a n s f e r a n d E n e r  ̄ C o n s e r v a t i o n Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ,
热声效应及其应用研究进展

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" 图 2 驻波热声发动机热力过程 Fig.2 Thermodynamicprocessesofstandingwave
thermoacousticprimemover
Tp为板叠温度;Tg为小气团温度; Th为板叠高温端温度;Tc为板叠低温端温度
0 引 言
在可压缩 流 体 介 质 中 (第 一 介 质 ),热 声 效 应 是指时均热流与时均声流通过具有温度差的固体 壁(第二介 质 )相 互 转 化,热 声 机 械 就 是 利 用 热 声 效应,实现一般的使用目的。早在 200多年前,人 们就发现热与声之间的微妙关系,其中,Putnam在 其综述提到 “歌 焰 现 象 ”,即 将 两 端 开 口 管 的 一 端 靠近燃烧 的 氢 火 焰 时,开 口 管 会 发 出 像 风 琴 管 一 博看网 . All样R的ig声ht音s[1R]e。se人rv们ed开.始定性的研究热声现象,其 中比较著名的有 Soundhauss管[2]与 Rijke管[3],但 是这些实 验 中 观 察 到 的 振 荡 很 弱,较 为 强 烈 的 声 振荡研究 是 在 Ceperley提 出 的 热 声 Stirling发 动 机,他将声波代替传统 Stirling发动机的运动部件, 在理论上可以达到卡诺效率[4]。1999年,Swift与 Backhauss建立的新型热声 Stirling发动机能够达 到 41%的 相 对 卡 诺 效 率,并 获 得 了 美 国 当 年 的 “R&D100”奖[5],这对热声效应的研究产生极大的 鼓舞。热声理论的研究于 1868年 Kirchhoff由气 体与固体管壁的振荡传热计算管道中的声衰减开 始[6],之后 Rott建立了线性热声数学模型,对热声 机械定量的研究有重要的意义[7]。从 1990年开 始,热声研究集中于非线性热声理论,尤其是研究 技术与研究方法的巨大发展带动非线性热声理论 的进步,从而可以科学地优化热声机械。
热声斯特林发动机系统起消振过程研究

文 献标 识码 : A
S ud n t n e n a p ng pr c s f a t y o he o s t a d d m i o e s o
t r o c u tc S i l i e m o e he m a o s i tri pr m v r ng
Jn Ta Ma a g o g Ta g Ke Ho g Ja pi g Zh n a mi g i o o Ch n s n n n in n o g Xio n
( nt ueo er eai n ro e is Z e a g U i ri ,H n z o 1 0 7, hn ) Is tt f f g r o a d C y gnc , hj n nv s y a gh u3 0 2 C ia i R i tn i e t
d rt n i g t e me h n s o h r a o tc o clai n e sa d n h c a im ft e mo c usi s ilto .
K e r s:t e m o c u t s o s ta d d m p n h se e i o p y wo d h r a o si ; n e n a i g; y t rtc lo c
A b t a t S se t x rm e s h v e n o e o a ta e i g wa e h r o c u t S il rme s r c : y t ma i e pe i nt a e b e d n n r v ln v te m a o si t i p i c c r ng mo e o su y t e o s ta d d mpig b h vo s f c ig o he t mp r t e a d p e s r a ito t v rt t d h n e n a n e a i r , o usn n t e e aur n r s u e v rain wih
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万方数据
・6・低温技术Cryogenics第2期
们的努力,目前热声发动机的线性解析理论已经相对完善了。
近十几年来,国外热声研究的热点逐渐转向非线性理论研究,旨在寻求建立一套完整的非线性热声模型,用来解释热声起振以及一系列的非线性效应。
在众多有关热声非线性理论的研究中,美国霍普金斯大学的工作最为系统和丰富。
首先,WorlikarAS等对热声制冷机中热声板叠周围低马赫数非稳态流动的演变过程进行了数值模拟…。
之后,WatanabeM等通过与线性热声方程的比较,建立了基于截面平均的准一维近似的热声发动机声学方程旧1。
该方程的本质是弱非线性的、时域表达的。
在此基础上,他们用数值模拟的方法获得了驻波发动机的起振、饱和及消振过程,其稳态时的波形模拟结果与实验也很相近。
KarpovS等对声学方程中的动量和能量交换项进行了修正,提出了一般的、时域的、完全非线性的模型【3J,能预测系统对不同横截面积、板叠位置、流体特性和其他设计变量的反映。
该模型在频率域的小振幅情况下可以简化为RottN的线性理论。
通过对模型进行求解,可以获得系统的起振温度、非线性饱和过程、各阶模态的稳定性等有意义的解析结果,这项工作填补了非线性热声模型的空白。
美国德克萨斯大学的HamiltonMF等[4’51用摄动方法获得了系统本征频率的渐进表达式,并通过对不同形状谐振管的数值计算建立了此渐进公式的使用范围。
他们通过拉格朗日方法对谐振管各频率之间的非线性作用进行了研究,获得了幅值与频率相互关系及基态模式非线性谐振频率跳变的解析结果,推导出了一个二维非线性热声模型。
该模型主要对两种非线性效应进行了研究:(1)系统由起振到振动饱和稳定的过程;(2)谐振管的形状对非线性波形的影响。
荷兰LycklamaJA等利用CFD对行波热声系统进行模拟(6J。
模型中考虑的管内气体为可压缩气体,在时域内进行轴对称的层流流动;传热方面,假设管壁与气体理想热接触,呈线性温度梯度;另外还考虑了非线性N—S方程。
CFD结果模拟出了系统从起振到饱和的过程,并直观地显示出高频情况下出现的强烈的非线性效应:直流与激流同时出现,激流导致了漩涡的出现,进一步,导致了热对流(见图1)。
这是首个针对热声系统’的完整的CFD结果。
’
图I热机中速度场变化
Fig.1Velocityfieldintheerigillle
美国IlinskiiYA一1从理想气体的动力学方程出发,建立了一维驻波模型,并给出了圆柱型、喇叭型、气泡型谐振管非线性频谱方程数值积分的结果,可以从理论上解释热声现象中出现的跳频、滞后效应和波形扭曲等现象,指出了谐振的加强与减弱对谐振管形状的依赖关系。
在实验方面,AtchleyAA等[11通过实验研究,采用质量因子Q描述起振过程,得出质量因子的倒数与温度差的关系图的一致性。
质量因子表达式如下:
Q=一∞E。
lit'(1)
其中W是指热声发动机总的能量输出,E是存储的声能,∞是振荡的角频率,这些数据都可以通过实验得到,这里不详细介绍。
分析得出的质量因子1/q与AT的关系图(图2),说明了质量因子的倒数在描述起振过程中具有很好的连续性。
图2l/Q与AT的关系图
Fig.2Relationshipbetween
l/口and△r
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热声起振机理的研究进展
作者:刘靖, 邱利民, 赖碧翚, 孙大明, Liu Jing, Qiu Limin, Lai Bihui, Sun Daming 作者单位:浙江大学制冷与低温研究所,杭州,310027
刊名:
低温与超导
英文刊名:CRYOGENICS & SUPERCONDUCTIVITY
年,卷(期):2008,36(2)
参考文献(25条)
1.Worlikar A S.Knio Omar M Numerical study of oscillatory flow and heat transfer in a loaded thermoacoustic stack 1999
2.Watanabe M.Prosperetti A.Yuan H A simplified model for linear and nonlinear processes in thermoacoustic prime movers 1997(06)
3.Karpov S.Prosperetti A A nonlinear model of thermoacoustic devices 2002(04)
4.Hamilton M F.Ilinskii Y A.Zabolotskaya E A Linear and nonlinear frequency shifts in acoustical resonators with varying cross sections 2001
5.Hamilton M F.Ilinskii Y A.Zabolotskaya E A Nonlinear two-dimensional model for thermoacoustic engines 2002
6.Lycklama J A.Nijeholt A Simulation of a traveling-wave thermoacoustic engine using computational fluid dynamics 2005
7.Ilinskii Y A.Lipkens B Nonlinear standing waves in an acoustical resonator 1998
8.Atchley A A Analysis of the initial buildup of oscillations in a thermoacoustic prime mover 1994
9.Shuliang zhou.Yoichi Matsubara Experimental research of thermoacoustic prime mover[外文期刊]
1998(08)
10.肖家华热声效应和回热式低温制冷机(热机)的热声理论 1990
11.刘继平Rijke管内热声振荡机理的一种新解释[期刊论文]-西安交通大学学报 2001(03)
12.欧阳录春热声系统起振机理的初步研究[期刊论文]-低温工程 2002(05)
13.韩飞.岳国森.沙家正Rijke热声振荡的非线性效应 1997(03)
14.刘旭.陈宇热声发动机的格子气模拟[期刊论文]-计算物理 2004(06)
15.徐珊姝热声现象的一种非线性模型的研究[期刊论文]-工程热物理学报 2005(03)
16.余国瑶.罗二仓热声斯特林发动机热动力学特性的CFD研究 (第一部分:热声自激振荡演化过程)[期刊论文]-低温工程 2006(04)
17.金滔.陈国邦热声系统起振消振行为的实验研究[期刊论文]-低温工程 2000(01)
18.刘浩热自然对流对热声起振行为的研究[期刊论文]-低温与超导 2002(01)
19.孙大明.邱利民外加扰动对热声发动机起振特性的影响[期刊论文]-太阳能学报 2004(06)
20.Limin Qiu.Daming Sun.Yongxiang Tan Effect of pressure disturbance on onset processes in a thermoacoustic engine 2006(11-12)
21.刘迎文.何雅玲热声系统中振荡滞后特性的试验研究[期刊论文]-工程热物理学报 2007(03)
22.胡剑英行波型热声发动机起振温差的研究[期刊论文]-低温与超导 2004(02)
23.张晓青.李正宇行波热声斯特林机中自激振荡的实验分析--利用相空间重构方法[期刊论文]-低温工程
2003(01)
24.李正宇.李青热声斯特林机起振过程的动力学分析[期刊论文]-低温工程 2004(01)
25.涂虬.李敏.李青热声回热器自激振荡特性的研究[期刊论文]-真空与低温 2003(04)本文链接:/Periodical_dwycd200802002.aspx。