電聲驅動熱聲制冷機中非線性聲耦合的研究

《電聲驅動熱聲制冷機中非線性聲耦合的研究》是依託南京大學，由范理擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電聲驅動熱聲制冷機中非線性聲耦合的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：范理
• 依託單位：南京大學

項目摘要

針對揚聲器驅動的熱聲制冷機的聲耦合研究中一直被忽略的揚聲器的非線性問題，建立電動揚聲器驅動的熱聲制冷機的非線性模型，模型中同時考慮到揚聲器的非線性和帶板疊的熱聲諧振管中大振幅聲波產生的非線性效應，利用等效電路法計算系統中揚聲器振膜位移、諧振管中聲功率及電聲轉換效率等參數，考察系統非線性對制冷機中聲耦合的產生的影響；同時，考察系統的非線性對熱聲諧振管中高次諧波產生的影響，研究諧振管中高次諧波的抑制方法，並在電流和電壓兩種驅動方式中最佳化選擇。建立由電動揚聲器驅動的熱聲制冷機的測量系統，測量揚聲器的振膜振幅，諧振管中聲壓等參數，與計算結果比較，對理論模型進行修正。此項研究在非線性聲學的基礎上對揚聲器驅動的熱聲制冷機中的聲學耦合進行最佳化，最大可能地降低由於聲源與諧振管間的聲學失配而造成的能量損失，從而提高制冷機的製冷效率和功率，使這種制冷機進一步向實用領域發展。

結題摘要

相比於傳統的制冷機，熱聲制冷機由於不使用氟里昂並且不使用壓縮機，因而有著環保、壽命長久等獨特優點；但是，它也存在著製冷效率較低的問題。因此，如何加強熱聲制冷機中聲源與諧振管間的聲耦合，減少能量損失，從而提高制冷機的功率與效率成為熱聲製冷研究的核心內容。本項目旨在將熱聲制冷機中的聲耦合研究從線性領域推廣到非線性聲學的領域，主要針對在熱聲制冷機的聲耦合的研究中一直被忽略的揚聲器本身的非線性、熱聲板疊中的非線性以及熱聲諧振管中的非線性聲場等對熱聲製冷系統性能的影響進行了研究。本項目建立了電動揚聲器驅動的熱聲制冷機的非線性模型，利用等效電路法模擬了系統中揚聲器振膜位移、揚聲器輸出聲功率及電聲轉換效率等參數，考察系統非線性對制冷機中聲耦合的產生的影響；同時，研究了熱聲諧振管中高次諧波產生機理及其與制冷機工作參數的關係，探索了諧振管中高次諧波的抑制方法；根據不同的工作條件，在電流和電壓兩種驅動方式中進行最佳化選擇。此外，類比多孔材料中的非線性聲傳播建立了熱聲板疊非線性阻抗的理論模型，並建立了由電動揚聲器驅動的熱聲制冷機的測量系統，實驗獲得了熱聲板疊的非線性聲阻抗，得到了與理論模型吻合的結果。在此基礎上，基於不同結構、不同參數、不同工作頻率下的板疊性能，對熱聲板疊進行了最佳化選擇，並在此基礎上研究了各種熱聲板疊對熱聲諧振管中非線性聲場的抑制作用，進一步減少了熱聲制冷機中高次諧波對其性能的不良影響。此項研究基於非線性聲學對揚聲器驅動的熱聲制冷機中的聲耦合進行最佳化，最大可能地降低由於聲源與諧振管間的聲學失配而造成的能量損失，提高制冷機的製冷效率和功率，使熱聲制冷機進一步向實用化方向發展。