具有任意阻抗边界的驻波热声压电系统的声学与俘能特性求解及参数研究

文章为任意阻抗边界条件下热声压电俘能系统的声学特性和俘能特性提供一种新的求解方案.热声压电俘能系统包含任意阻抗边界、热缓冲管、板叠、谐振管和俘能元件,当板叠两侧温差达到临界温差时,工质流体在板叠处发生热声耦合振荡,进而引起压电薄膜发生形变,为外接负载提供电能.振荡频率、声压实部和流速虚部的模态分布称为热声压电俘能系统的声学特性,负载俘获的当量化能量称为热声压电俘能系统的俘能特性.文章在验证边界光滑傅里叶级数和Galerkin法稳定性和可靠性基础上,预报驻波热声压电俘能系统的声学特性和俘能特性,研究热声管长、外接负载和边界阻抗对声学特性和俘能特性的影响规律.研究表明,驻波热声压电系统振荡频率与热声管长呈反比;外接负载与系统存在阻抗匹配关系,但过高的负载会使系统失去俘能能力;且管长和边界阻抗对振荡频率的影响可以分为高敏感区、低敏感区和阻抗失效区,同时发现边界阻抗范围内存在“声学特性一致阻抗带”,因此在设计热声压电俘能系统时可根据不同的需求和应用场景选择其工作区带.本研究可快速预报热声压电俘能系统的声学特性和俘能特性,并为通过改变结构参数或阻抗边界调控系统声学特性和俘能特性、拓宽压电能量采集频带提供参考.