基於多場協同機理的熱聲回熱器性能表征與最佳化研究

《基於多場協同機理的熱聲回熱器性能表征與最佳化研究》是依託中南大學，由劉益才擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於多場協同機理的熱聲回熱器性能表征與最佳化研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉益才
• 依託單位：中南大學

項目摘要

基於多場協同機理，採用回熱器材料性能表征、結構聲輻射理論、多場協同耦合等手段，和數值仿真最佳化與多種實驗測量相結合的方法，在表征多種回熱器材料物性參數的基礎上，研究聲波在回熱器中產生、傳播和發展的整個過程，並由此分析單一及複合鍍膜等回熱器材料熱物性對熱聲效應的激發機制，辨析回熱器中溫度場、壓力場（聲場）、流場（速度場）、結構場等多場協同機理，確保回熱器流道中溫度場與聲場、聲場與結構場、流場與壓力場等協同一致，強化回熱器填料熱聲發射譜和實際聲場頻譜的耦合作用，並在此基礎上提出最佳化機制，以期降低回熱器的溫度閾值、提高回熱和熱聲轉換效率，從而提出一種回熱器材料特徵因子、增強回熱器熱聲效應、揭示熱能與聲能相互轉換和能量輸運過程中的基本規律的多場協同熱聲理論，從新的角度發展熱聲效應理論。課題研究成果不僅對熱聲熱機具有重要的理論與套用價值,而且對所有回熱式低溫制冷機均具有重要的參考價值。

結題摘要

回熱器是研製熱聲熱機、低溫制冷機及其性能提高的物質基礎和保障。充分認識並正確對回熱器性能進行表征，對熱聲熱機及其相關設備的研究、生產和擇優選用具有非常重要的實際意義。 課題針對熱聲熱機回熱器材料特性、結構聲激勵、溫度場、聲場、及其頻率特性等直接影響熱聲熱機轉換效率的因素進行了深入研究，提出一種通過表征熱聲回熱器材料特性，利用多場協同機理，將熱聲回熱器中的流場、溫度梯度場、速度場、壓力場、濃度場（充氣壓力影響）、聲激勵和聲輻射等協同一致，以達到參數耦合和最佳化、進而實現高效的熱聲轉換效率，並對熱能和聲能相互轉換和能量輸運過程中的基本規律進行深入研究。根據對材料特性和耦合場的研究結論，對四分之一波長駐波熱聲發動機回熱器的設計進行理論指導，確定板疊間距、板疊位置、諧振管長度、諧振管半徑、板疊長度以及諧振腔對高頻微型熱聲發動機起振溫度和工作性能的影響。同時建立了四分之一波長高頻熱聲發動機的數值研究模型，對該熱聲發動機的場協同現象進行了進一步的探討。 課題從一種回熱器材料的物性特徵參數出發，到基於提高回熱器熱聲效應的多場協同理論、揭示熱能與聲能相互轉換和能量輸運過程中的基本規律，從新的角度發展了熱聲效應理論。