熱聲效應是指固體介質與振盪流體之間產生的時均能量效應，產生沿著(或逆著)聲傳播方向的時均熱流和時均功流。按能量轉換方向的不同，熱聲效應分為兩類：一是用熱能來產生聲能，包括各類熱聲發動機；二是用聲能來輸運熱能， 包括各種回熱式制冷機。可產生熱聲效應的流體介質必須有可壓縮性、較大的熱膨脹係數、小的普朗特數，而且對於要求較大溫差，較小能量流密度的場合，流體比熱要小，對於要求較小溫差，較大能量流密度的場合，流體比熱要大。
基本介紹
- 中文名：熱聲效應
- 外文名：Thermoacoustic Effect
簡介,
簡介
熱致聲效應相對而言比較易於觀察到，人們對於此類熱聲現象的發現可以追溯至200多年前。
1777年， Byron Higgins把氫氣火焰放入兩端開口的垂直管的合適位置時，如圖1.1（a） 所示，管中能夠激發出聲音，這即為“歌焰”現象。類似的現象在其他地方也可以觀察到，其被稱之為“Higgins管”作用，例如高煙囪或者爐膛中的火焰有時候會引起強烈的噪音或振動，另如二戰中德國所用的Ⅵ飛彈，也是因為“Higgins管”作用使其在飛行中發出強烈的噪音，此外脈動燃燒技術也發源於此。
一百多年前，吹玻璃工人發現了類似的現象，當一個熱玻璃球連線到一根中空玻璃管上時，也會激發出強烈的聲波[2]。 1850年， Sondhauss對這種一端封閉、一端開口的熱聲振盪管進行了研究，以後的學者為紀念他的貢獻而將其命名為“Sondhauss管” ,如圖1.1（b）所示。
1859年， Rijke將加熱絲網放到一根兩端開口的垂直空管的下部，觀察到了強烈的聲振盪，並對這種現象進行了定性的分析，這種結構後來被稱“Rijke管” ，如圖1.1（c）所示。此後， Bosscha採用冷的絲網代替熱的絲網也達到了Rijke振盪，但冷絲網與熱絲網的位置恰好相反。由於“Rijke管” 在脈動燃燒中的套用以及與火箭壓縮機安全性等密切相關，時至今日仍在進行大量研究，並被廣泛用於熱聲效應的教學實驗中。
1949年， Taconis等人觀察到將一端封閉的管子的開口端伸入到液氦中攪動時會發出聲音， Taconis對此做出了定性解釋，這就是低溫領域中著名的“Taconis振盪” 。這種振盪經常發生在液氦與室溫環境之間的管道中，導致低溫液體的快速蒸發，正確理解這種現象的產生機理對於防止低溫系統中的振盪具有重要意義。
與熱致聲或者冷致聲效應相比，聲致冷效應的發現則晚了許多：從現代熱聲學的角度出發，首次聲致冷效應歸於 1963 年由 Gifford 和 Longsworth 等提出並研製的基本型脈衝管制冷機，但由於這種基本型脈衝管制冷機工作頻率低至數赫茲，其聲學特性並不顯著。在 1975 年由 P. Merkli 和 H. Thomann 等人在往復運動活塞激勵的一端封閉的駐波諧振管中發現了中間區域溫度下降，而兩端溫度升高的現象，這應該是歷史上首次明顯的聲致冷現象。 
圖1.1
圖1.1