《高頻熱聲自激振盪器的特性及陣列系統協同行為研究》是依託華中科技大學，由張曉青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高頻熱聲自激振盪器的特性及陣列系統協同行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張曉青
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高頻是熱聲器件微小型化和提高其功率密度的重要手段，缺乏高頻熱聲的分析模型和較低的功率輸出是高頻（kHz級以上）微型熱聲套用需要解決的關鍵問題。為此，申請項目擬研究：（1）高頻微結構條件下熱聲自激振盪器的特性。研究幾種微結構回熱器及諧振腔的聲特性與阻抗特性，建立相應高頻振盪器的阻抗網路分析模型，並結合振盪器的起振判據，研究其負阻特性和工況、熱聲介質、結構配置及位置等因素對起振溫度及聲幅（或功率）的影響；（2）陣列自激振盪器之間的和與外激勵振盪器間的協同行為。包括相位關係和幅值關係、耦合參數與耦合強度、鎖頻與鎖相(或鉗制)條件的研究，獲得協同域和主動調控的方法；（3）高頻微型熱聲的格子方法模擬及實驗分析。包括微結構回熱器內的流動傳熱，以及軸嚮導熱損失和熱粘性非線性耗散的分析。本項目的研究將對高頻熱聲分析模型及大陣列熱聲振盪器（或換能器）的開發與套用均具有重要的意義。
結題摘要
高頻是熱聲器件微小型化和提高功率密度的重要手段，為解決熱聲微小型化中的關鍵問題，項目針對高頻振盪器的分析模擬和振盪器及其陣列的協同實驗開展了深入的研究，達到預期的研究目標，並取得一些開創性的有價值的研究成果，其中發表SCI 收錄的論文3篇，EI論文7篇，國際會議論文7篇，國內會議論文10篇，中國發明專利5項，博士論文2篇，碩士論文7篇。研究所取得的重要結論和創新成果概述如下。 1、通過與電子振盪器的模擬研究，建立了高頻微型熱聲自激振盪器系統的阻抗網路模型，並給出了自激振盪器的起振判據條件，利用所建的網路模型和起振條件，可以確定實驗系統的設計參數和結構配置。同時，建立了高頻聲驅動的熱聲振盪器及其帶陣列諧振腔系統的網路分析模型，並對振盪器特性及其陣列諧振腔對聲場的影響進行了數值研究，得出結論：陣列諧振腔可以減少或抑制能量向高次諧波或激波的轉移，以避免聲幅過早的達到飽和而影響聲能向基頻聲能的傳輸與利用。因而，在實際中，陣列諧振腔可以套用於大幅聲能驅動的熱聲系統及其聲場的調控。 2、創新地建立了非線性（熱）聲振盪模擬的氣體動理學格式BGK模型和算法，並成功實現了對非線性諧振盪特性及諧振管中的聲流、激波及渦流等非線性特性的數值模擬。特別是，建立了適合變截面諧振腔聲特性研究的氣動BGK模型算法，並對指數型諧振腔中的聲場和聲流特性進行了細緻的模擬研究；同時，在理論上，推導並獲得了指數型變截面諧振管內氣體的壓力和壓比的分析表達式，並為求解變係數橢圓方程描述的一類物理問題建立了格子Boltzmann模型和算法。此外，為非線性方程的求解提出了一種四階無導數的疊代算法，數值試驗和誤差分析顯示了算法的更有效性和使用性。 這些研究與分析將對變截面諧振腔的聲特性、非線性的影響，以及大幅熱聲振盪特性的研究提供了數值與理論分析方法，首次形成基於動理學格式BGK方法的、具有自主創新的聲振盪模擬程式與分析軟體。 3、建立了5kHz高頻聲驅動的熱聲振盪器裝置和熱聲自激振盪器實驗樣機裝置及其相應的實驗測試系統，對高頻熱聲諧振盪及回熱器多孔介質的特性進行了實驗研究。同時，對陣列振盪器的聲耦合進行了實驗，並對陣列自激振盪器的協同制訂了實驗方案和實驗測試裝置系統。此外，對電磁聲驅動器和壓電聲驅動器及其驅動的製冷系統特性進行了研究,為聲驅動器的匹配與開發套用提供了實驗基礎。
