热声谐振管的有源热声网络模型研究

根据流体力学基本方程组建立了采用平行板叠结构回热器的热声谐振管的有源热声网络模型。

回热器的热声直流模型及其应用研究

由基本的守恒方程出发 ,获得了能描述回热器存在声直流时的非线性动力学模型及由此而导致的非线性时均热力学效应。根据所得到的模型 ,考察了声直流对临界声功产生率温度梯度。

高温升燃烧室热声耦合特性研究

为建立燃烧室热声不稳定性预测和分析方法,以某高温升单管燃烧室试验件为研究对象,构建了试验系统低阶热声网络(LOTAN)模型。基于试验数据,利用优化的方法获得了各工况下的火焰传递函数(FTF),并利用Kriging模型拟合出了增益与迟滞时间对工况参数的响应模型。利用拟合出的FTF响应模型分析了油气比和进气速度对燃烧室热声稳定性的影响。研究结果表明:通过优化得到的FTF能够较准确反映各工况下的非稳态热释放特性,导入LOTAN中计算得到的结果与试验结果吻合较好,最大误差约3.32%;油气比的改变会引起不稳定模态的转变,油气比或进气速度升高时,系统特征频率也随之升高。

基于脉宽调制技术的热声发电蓄电池储能系统数学模型研究

热声发电技术已广泛应用于低品质热源发电,确保热声发电蓄电池储能系统最大电功捕获,是现阶段一项极为重要的研究。为此,本文主要基于脉宽调制原理建立一种热声发电蓄电池储能系统电力模型,并针对热声发电系统的两种拓扑结构简要提出相对应的最大电功捕获策略。

基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜热声理论

基于热声效应,对基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜发声器进行理论和仿真研究。首先,利用石墨烯薄膜发声器的热功率平衡方程与气体中的热弹性耦合线性方程组推导出了石墨烯薄膜发声器的近/远场声压表达式。将理论计算结果与实验测试值进行对比,二者吻合良好,验证了理论模型的正确性。然后,利用仿真软件对石墨烯薄膜的近远场声压值进行了仿真计算,并将仿真值与理论值进行对比,二者有良好的一致性,验证了仿真计算方法的有效性。研究表明,石墨烯薄膜发声器的远声场为球面波,近声场近似为平面波。在远场低频段,声压级随输出声频率的增加而缓慢增大;在近场高频段,声压级几乎不受输出声频率的影响。研究结果为基底厚度小于热渗透深度情形下的热致发声器提供了理论计算和分析方法,对石墨烯薄膜声源器件的实验研究具有指导意义。

基于激光划刻的石墨烯发声器的研究

本文研究了一种基于激光划刻的石墨烯发声器。为了研究不同结构石墨烯发声器对输出性能的影响,本文设计了实心、粗网、中网、细网四种结构的石墨烯发声器。首先,建立了实心结构和网状结构的热声转换模型;然后,给出了激光划刻石墨烯的制备流程和扫描电镜表征;最后,实验测试了四种结构的石墨烯发声器的输出性能。实验结果表明,实心结构的输出性能最佳,在输入功率为0.78 W、麦克风距离为5 cm、激励频率为20 kHz的条件下,声压级达到40.68 dB。研究发现在0~0.78 W的范围内,输入功率每增加0.1 W,理论声压级平均提高2.58 dB,实验声压级平均提高2.48 dB,与理论模型基本符合。基于激光划刻的石墨烯发声器具有成本低、制备简单、声学性能好等优势,在生物、医疗、可穿戴电子设备等领域具有广泛的应用前景。

模型旋流燃烧室气体燃料火焰不稳定特性分析

燃机在贫燃工况下易出现燃烧不稳定,分析和预测不稳定燃烧特性对保证燃烧室正常工作具有重要意义。通过数值仿真得到燃烧室的火焰描述函数(flame describing function,FDF),并结合低阶热声网络模型预测了燃烧室的热声不稳定特性。首先,通过模型旋流燃烧室自激振荡实验,得到振荡燃烧发生时的工况和主频;其次,利用大涡模拟(large eddy simulation,LES),得到火焰燃烧热释放率对不同入口扰动的响应特征,通过拟合得到FDF;最后,建立了燃烧室低阶热声网络模型,并分析了燃烧室不稳定特性。结果表明:模型预测的振荡特性与实验数据相符,说明该模型能够从机理上预测燃烧不稳定特性。

弱非线性热声理论模型的建立及简化

本文指出非零的周期平均热声效应在本质上是非线性的,应保留到二阶精度。在小振幅条件下,利用摄动方法,以无限大平板流道为例,建立了二阶精度的弱非线性热声理论模型,并在不同条件下对模型做了进一步简化。这一理论为理解热声系统的工作机制以及设计优化热声系统提供了强有力的理论工具。

高温超导用自由活塞斯特林制冷机理论研究

制冷机是制约高温超导器件的瓶颈。文中针对自由活塞式斯特林制冷机进行了理论研究,建立了自由活塞斯特林制冷机的热声模型,对充气压力、活塞的位移振幅、热端换热器温度和密封间隙进行了模拟。模拟结果显示,以最大制冷量为目标最佳充气压力为1.9MPa,增加活塞位移振幅、降低回热器热端温度以及减小密封间隙可提高制冷机的性能。

贫燃预混旋流火焰热声特性研究

以贫燃预混旋流模型燃烧室为研究对象,以当量比为变化参数,从不稳定振荡频率、脉动压力幅值和分布、热释放响应特性等方面分析,研究了燃烧不稳定性从开始到极限环的非线性演化过程.利用低阶热声网络模型加以数值模拟验证.结果表明:脉动压力方均根、热释放响应会随着当量比的增大而呈现典型的非线性激发过程,火焰结构在发展过程中发生明显的变化.计算分析结果表明当量比低于0.7时计算结果与实验结果频率误差小于1%,而在当量比大于0.7时,计算结果与实验结果频率误差为13%.

脉冲管制冷机惯性管调相能力的实验研究

为了验证脉冲管制冷机惯性管理论模型的准确性,通过修正压缩机活塞表面质量流的方法间接测量了惯性管入口质量流幅值及质量流与压力波之间的夹角。对目前脉冲管制冷机中应用较为广泛的单段惯性管加气库及双段惯性管加气库的调相能力进行了测量,并将测量值与简化湍流热声模型计算结果进行了比较。所测单段和双段惯性管阻抗幅值及相位角随内径及长度的变化规律均与理论模拟结果一致,惯性管相位角测量值与理论值偏差在±9°以内,体积流阻抗幅值测量值与理论值偏差在±20%以内。

红外热成像在聚焦换能器焦平面测量中的应用

为了更好地研究聚焦超声换能器的声场特性,提出了一种利用红外热成像技术测量聚焦换能器焦域尺寸的方法。通过在换能器焦平面上放置薄膜型吸声材料,使用红外热成像仪测量超声功率作用下焦平面上的温度分布来确定焦域尺寸。使用水听器扫描法对相同的聚焦换能器进行了测量,并对聚焦换能器的声场分布进行了理论分析,结果显示-6dB波束宽度的不一致性在5%以内,验证了利用红外热成像技术测量聚焦超声换能器声场分布的可行性。

基于实验数据的燃烧室火焰传递函数优化方法

为简化火焰传递函数建模过程,在实验数据的基础上,采用随机采样和优化方法对迟滞时间与增益的计算模型进行了研究。首先,建立了贫油预混预蒸发(LPP)模型燃烧室实验系统的低阶热声网络(LOTAN)模型;随后,在该LOTAN模型的基础上,基于实验数据,采用Sobol采样构建n-τ的取值空间,利用优化的方法获得了不同工况条件下的火焰传递函数模型参数;最后,基于Kriging模型对n-τ进行了重构。研究结果表明:基于该方法构建的火焰传递函数能够较准确地反映各工况下的非稳态热释放特征,代入LOTAN模型中预测得到的振荡频率与实验结果吻合得较好,最大误差不超过5%,同时,利用该方法预测的振荡燃烧临界油气比(FAR)与实验结果保持一致。