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行波热声驱动器的性能分析

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２００２年第３期　１憩第１２７期　低　温　工．程　

ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ　Ｎｏ．３　２００２　Ｓｕｍ　Ｎｏ．１２７　

行波热声驱动器的性能分析　

金　滔　２　陈国邦２　

（１．南京大学声学研究所／近代声学国家重点实验室南京２１００９３）　（２．浙江大学制冷与低温研究所　杭州　３１００２７）　

摘要在简单介绍行波热声驱动器的研究历史、工作机理及其与驻波型热声　

驱动器的区别之后，着重对环路部分的性能进行了预测分析，并给出一些有益的结　

论。　

主题词行波热声驱动器性能　

１前言　

热声驱动器研究不管在理论、技术还是应用方面都已经取得了可喜的进步。不过，以往　

得到更多关注的驻波型驱动器由于运行于一内在不可逆的热力循环，热力学效率往往不可能　很高，一般低于Ｏ．２０［卜３ｌ。为提高系统的总体效率，除提高硬件性能外，有必要从循环本　

身人手进行探讨＿４　‘　。　从相位来看，斯特林热机回热器中的压力与速度相位关系同行波是一致的＿４　Ｊ，完全可以　

利用行波声波来控制气体的运动和压力波动，从而消除传统斯特林热机中除工质气体外的所　有运动部件。据此原理设计的热声驱动器就是下面要讨论的新型行波型热声驱动器，或称热　

声斯特林发动机。　

早在１９７９年就有人提出行波型热声驱动器的设想。然而，早期的实验热机并没有得到　声功放大的效果【　，或者效率较低【　。直到１９９９年，Ｂａｃｋｈａｕｓ和Ｓｗｉｆｔ提出的新型系统中考　

虑到了几种可能造成额外损失的声流（Ｇｅｄｅｏｎ直流＿８　Ｊ和瑞利流等＿９＿９）存在，并采取了相应　

的抑制措施，再加上行波系统本身经历内可逆的斯特林循环，从而大大提高了系统效率（可　

高达０．３０），比以往任何热声发动机的效率要高出５０％以上，甚至可以与内燃机相媲美（汽　油机和柴油机的热效率大约分别为０．２５和０．４０）＿６　Ｊ。同时，可以预料用这一高效行波热声驱　

动器来驱动脉管制冷机等负荷时也将获得比驻波型更高的整体性能，这正是开展这一方面研　究的出发点。　

本课题受国家自然科学基金资助（５９９７６０３４）。金滔，男，２７岁，博士后。　本文于２００１年ｌ２月２０日收到。

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２基本原理　

２．１行波与驻波系统的区别　为更好地认识行波系统，有必要从了解行波与驻波的区别人手。图１给出了行波租驻波　

的位移、速度以及压力振荡的相位关系图，两者的不同点在于：驻波的压力振荡与位移振荡　

同相位，而行波的压力振荡与速度振荡同相位。　在驻波系统中，压力波和速度波之间的相位差使得板叠附近气体经历的热力过程中，加　

热与压缩同时发生，冷却与膨胀同时发生（见图１）＿４Ｊ。若不是加热和冷却过程中的热滞后　

允许一部分加热和冷却分别发生在压缩和膨胀之后，系统根本无法实现热功转化循环。而且　

只有当热滞后引起加热和冷却过程的相位比压缩和膨胀过程的相位分别落后９０￣时，系统才　

处于最佳工作状态。而行波在回热器中传播的一个循环内相继发生如下４个过程：压缩、加　热、膨胀和冷却，与斯特林热机中气体所经历的热力循环相同（理想斯特林循环具有卡诺效　

率），如图２所示。不过，行波系统与斯特林热机之间还是有区别的：斯特林热机的回热器　中　／口～１０～ｐ／ｐ　，而热声板叠的　／ａ～ｐ／ｐ　（口是绝热声速，Ｐ是压力振幅）。因此，　

斯特林热机能够克服微小的粘性耗散损失，可以在　一１０Ｉ２情况下运行，而行波热声机却　

不能在　值如此小的情况下工作。因而要求行波热声热机的回热器填料尺寸既要足够小，　

以保证气体基本上与相应位置填料温度相同，但又不能过于微小以避免过大的阻力引起声波　的衰减。　

不过，实际热声热机中的声波并非纯粹的行波或驻波，而是两种波形的组合。在行波中　

加入少量驻波不但可以改善板叠中的Ｉ临界平衡时间ｒ　，提高热机效率，而且可以通过降低　速度振幅来减少板叠的粘性耗散。纯行波系统只有当工作流体的粘度为零的情况下才能实现　

理想斯特林循环，少量驻波组分还可以调节行波热机在热交换过程中不可避免的热滞后，也　能提高其效率　Ｊ。　

雠　

速度振荡ｖ　

匪力振荡Ｐ　卜＼＼　／　／、　‘、　＼　１　＼　＼　

、　，　＿＼　１　。　、　，　、√　

霉　罴鬟　

（ａ）驻波　Ｉ　＼　＼—／　，　＼　一　＼　

卜＼　／　／、　、　

／　＼　１　。＼　＼—／　●　＼　

冷却加热　压缩　膨胀　（ｂ）行波　体积　

图１驻波和行波的位移、速度、压力振荡的相位关系　图２斯特林发动机循环ｐ－ｖ图　

２．２行波型热声驱动器　

现在回到行波型热声驱动器，系统主要由一个谐振管和一个环路组成，如图３所示。在　谐振管的速度波节（压力波腹）处引入行波反馈回路，既利用了行波的压力与速度同相振动　

关系造就的具有高效率的斯特林循环，同时又利用驻波实现了板叠处Ｐｌ／ｕ１＞

＞ｐｍｃ／Ａ，从而　维普资讯 http://www.cqvip.com １８　低温工程　２ＯＯ２正　

大大提高整机热效率。　斯特林循环的本质在于气体高压时经历热膨胀，而低压时则经历热压缩，从而经历每个　

循环后都对外作功，把声功加入到声波中，进而提供交变压力和振荡运动，热力膨胀和热力　压缩又使得气体经历振荡温度。当回热器热端温度足够高时，这些复杂的、相互关联的交变　

量将同时出现。沿温度梯度方向的气体速度同振荡压力基本同相，因而要求气体与回热器之　间有良好的热接触，以致热膨胀和热压缩过程与振荡压力同相。回热器中的流道特征尺寸远　

小于热渗透深度可保证良好的热接触。　

．图４是用熟知的电路元件来类比各部件主要特征的简单网络模型　Ｊ。把谐振管简化为并　

行的电阻抗和电抗，即尺　和　。尺　取决于谐振管的耗散以及可调的声负荷，此外，两　者在作用机理上并没有实质性差别。在通常的工作条件下　《尺　，回热器尺和反馈管　

的阻抗要远小于声容Ｃ的阻抗。因此，∞主要由谐振管的阻容条件　和Ｃ决定，如　（（Ｄ）　１ＡｏＣ。　

３环路性能分析　一ｍ　Ｐ１ｈ■－－ｔ一　

图３行波型热声驱动器示意图及网络模型　

３．１计算模型　这一部分将利用ＤｅｌｔａＥ对系统进行性能预测分析¨。。。对系统进行分段，建立计算模型　

（或称计算方案）并确定边界条件以及结构尺寸、流体种类、固体材料和压力、温度等操作　参数等，同时要选取可变参量和输出参量。　

考虑到热声转换效率应发生在环路中，而谐振管部分除损失和负载外，并没有其它复杂　

结构，因此这里的计算只是针对环路部分进行。不过，这并非意味着谐振管并不重要，毕竟　系统频率还是主要取决于谐振管的结构。计算中系统谐振频率可取一固定值（基于一定的谐　振管结构），于是简化计算模型。本计算中的取值来自初步实验结果，氦气和氮气系统分别　

为６６　Ｈｚ和２３　Ｈｚ。　模型中把环路分成两部分，其中主、副冷端换热器之间的部分（包括主冷端换热器、回　

热器、加热器、缓冲管和副冷端换热器等）被处理成主干部分，而其余的反馈回路部分则被　视为分支。叠代计算时，主干和分支部分都是从主冷却器上方开始，分别往相反方向进行，　

最后汇合到另一个端点上（即副冷却器下方）并通过共同端点的热力和动力参数一致性进行　匹配和调整。　主要工作参数取值如下：平均工作压力为３．１　ＭＰａ，主冷却器温度３００　Ｋ，副冷却器温　

度２９０　Ｋ，谐振频率当工质为氦气和氮气时分别为６６　Ｈｚ和２３　Ｈｚ，１２０目不锈钢丝网板叠材　料的空隙率为Ｏ．７１９，取压比为某一设定值

（１％一８％）。加热温度和输入功率被设为待定参　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　行波热声驱动器的性能分析　ｌ９　

数，而输出声功则被设为一定量值的目标参数。其它的结构尺寸同设计中的取值ｌ３　Ｊ。　

３．２计算结果与讨论　先看一下以氦气为工质的情况。图４为输出声功与加热温度的关系，从中我们可以看到　

在某一压比下输出声功是随加热温度上升而增大，这一点是很好理解的。实际上，从图６的　

加热温度与输入功率的关系中可以看到，随着加热温度的上升，所需的输入功率相应地也应　该增大。图５还给出了输出声功与输入功率之间的关系，对每一个压比的情况，输出声功都　

是随输入功率单调上升的。　

５０ｏ　

４０ｏ　Ｉ　３００　釜２００　囊ｌ０ｏ　

０　氨气　８，‘　／　／　

／　７，‘　－　

．　／／　一二　

４　三二＝二＝　３５　～●　‘　５０ｏ　

４０ｏ　Ｉ　３００　釜２００　囊ｌ０ｏ　

０　氰气　７，ｌ　８，‘１　６，‘　｜｜　

５，‘　｝　ｆ　｝　４　，　

３Ｉ　Ｉ，？　？　ｆ　？　２５　

／／／　ｆ　ｆ　ｆ　

４００　６００　８００　１０００　１２００　１４００　０　加热沮度／Ｋ　３０ｏ　６０ｏ　９０ｏ　ｌ２０ｏ　输入功率／Ｗ　

图４氮气系统输出声功与加热温度的关系　图５氮气系统输出声功与输入功率的关系　

比较不同压比下的曲线，发现它们随时间变化的斜率是不同的，大压比下的斜率越大。　在图８和图５中，当取输出声功为０值时，系统要维持该压比所需的临界消振温度和临界消　

振输入功率。显然要维持大压比振荡，相应的值都相对较大，例如当压比为２％时，临界温　度和临界输入功率分别为４３７．６　Ｋ和９２．４　Ｗ，而对于８％的压比它们的值则分别为６０３　Ｋ和　

９２４．５　Ｗ。’　

ｌ４００　

ｌ２０ｏ　Ｉ　１０００　翼８００　最６００　

４０ｏ　０　３００　６００　９００　１２００　输入功率／－　吼４　

０．３　

Ｎ－０．２　

吼ｌ　

０　氮气　一　／　

：　７　～～２％　

＼　、７％　，，　．　Ｉ　５％　

４００　６００　８００　ｌｏｏＯ　ｌ２０ｏ　ｌ４０ｏ　加热温度／Ｋ　

图６氮气系统加热温度与输入功率的关系　图７氮气系统中效率与加热温度的关系　

图７—８分别给出了热声转换效率与加热温度、输入功率之间的关系。从图７可以得出　这样的结论：在其他情况相同时，高的加热温度有利于提高系统的热声转换效率；而在加热　

温度相同时，除压比较低（１％一３％）的情况，一般情况下，压比低时，效率较高。但应当　注意的是，高温与高压比所带来非线性效应可能会影响到计算结果的精确度。由于受实际条　

件限制，加热温度一般不会超过１　０（３０。Ｃ（１

　２７３　Ｋ），从图７可以看到，此时的热声转换效率　维普资讯 http://www.cqvip.com

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声波换能器等效阻抗

声波换能器等效阻抗

声波换能器等效阻抗

1.引言

1.1 概述

声波换能器是一种能够将机械能转化为声能或者将声能转化为电能的装置。它在许多领域中被广泛应用，例如声学、电子学、医学等。声波换能器的性能取决于其等效阻抗，而等效阻抗是指在特定频率下，声波换能器对外界的电流和电压的响应关系。

本文将重点探讨声波换能器等效阻抗的计算方法，通过分析声波换能器的结构特点和工作原理，从理论角度介绍了等效阻抗的基本概念，并提供了一种计算等效阻抗的可行方法。同时，本文还将总结声波换能器的等效阻抗在实际应用中的重要性，并展望了未来对声波换能器等效阻抗的研究方向。

通过深入研究声波换能器等效阻抗，可以更好地理解和掌握声波换能器的性能特点，在设计和开发新型声波换能器时提供理论指导。此外，研究人员还可以通过优化声波换能器的等效阻抗，进一步提高装置的工作效率和性能表现。

然而，目前关于声波换能器等效阻抗的研究还存在一些挑战和问题，例如对于复杂结构和材料的声波换能器，等效阻抗的计算方法尚不完善；对于特定频率范围内的等效阻抗变化规律，仍需要更深入的研究。因此，未来的研究方向可以考虑进一步深化对声波换能器等效阻抗的理论研究，开发更准确、高效的计算方法，并尝试寻找新的材料和结构设计，以提高声波换能器的性能和应用范围。

文章结构部分的内容可以按照以下方式展开：

一、引言

1.1 概述

1.2 文章结构

1.3 目的

二、正文

2.1 声波换能器的定义和原理

2.2 声波换能器的等效阻抗计算方法

三、结论

3.1 总结声波换能器的等效阻抗的重要性

3.2 对声波换能器等效阻抗的未来研究方向的展望

在文章结构部分，我们对整篇文章的结构进行简要介绍。引言部分包含概述、文章结构和目的，在这一部分中，我们将引起读者的兴趣，并概括文章的主要内容和目标。

正文部分将详细介绍声波换能器的定义和原理，以及声波换能器的等效阻抗计算方法。在这一部分中，我们将对声波换能器的工作原理进行解释，并介绍如何计算声波换能器的等效阻抗。

平面型热声转换装置的特性分析

平面型热声转换装置的特性分析

第４２卷第２期　２０１２年３月　东南大学学报（自然科学版）　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　ＶＯ１．４２　Ｎｏ．２　Ｍａｒ．２０１２　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—０５０５．２０１２．０２．０２３　

平面型热声转换装置的特性分析　

万广通　陈振乾　董　卫　王红星　吴仲武　姚　丽　

（东南大学能源与环境学院，南京２１００９６）　

摘要：利用热声效应制作出一种由加热层、绝缘层和储热层构成的平面型热声转换装置．对加热　

层输入交变电压信号时，由于焦耳效应及各层材料的不同热力学特性，其表面附近区域会产生相　应的声波．通过对装置模型进行理论分析，推导出装置输出声压及效率的表达关系式，并利用高　速数据采集系统及红外成像仪对装置工作特性进行了实验研究．结果表明：该平面型热声转换装　

置的输出声压和效率随输入电功率的增大而增大；环境温度对装置输出声压的影响较小；通过对　

装置表面静态温度场分布进行分析，得到装置结构的优化方法．该装置实现了电能、热能、声能之　间的转换，具有无任何运动部件、频率可控、稳定性高等优点，因而可广泛用于电声换能领域．　关键词：热声；声压；效率；电功率；环境温度；温度场　中图分类号：ＴＢ５４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—０５０５（２０１２）０２．０３１３－０５　

Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｌａｎａｒ　ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　

Ｗａｎ　Ｇｕａｎｇｔｏｎｇ　Ｃｈｅｎ　Ｚｈｅｎｑｉａｎ　Ｄｏｎｇ　Ｗｅｉ　Ｗａｎｇ　Ｈｏｎｇｘｉｎｇ　Ｗｕ　Ｚｈｏｎｇｗｕ　Ｙａｏ　Ｌｉ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ，ａ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｐｌａｎａｒ　ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ａ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ，ａｎ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ａ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｉｓ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｉｓ　ｉｎｐｕｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅ　ｓｏｕｎｄ　ｗａｖｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｊｏｕｌｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｅａｃｈ　ｌａｙｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ｔｈｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｕｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｃａｍｅｒａ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｓｏｕｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｐｕｔ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｍｂｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｓｏｕｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｓ　ｓｍａｌ１．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ’Ｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｒｅ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ’Ｓ　ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｓｏｕｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｎｏ　ｍｏｖｉｎｇ　ｐａｒｔｓ，ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｓｏ　ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏ。ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｆｉｅｌｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ；ｓｏｕｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ；ａｍｂｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｅｍ。　ｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　

双声源驱动热声系统的理论声场重构与实验验证

双声源驱动热声系统的理论声场重构与实验验证

２０１０年第２期　总第１７４期　低　温　工　程　

ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ　Ｎｏ．２　２０１０　Ｓｕｍ　Ｎｏ．１７４　

双声源驱动热声系统的理论声场重构与实验验证　

周立华　谢秀娟　李　雷　李　青。　

（　中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室　北京　１００１９０）　（　中国科学院研究生院北京１０００３９）　

摘　要：搭建了一套双声源驱动热声热机实验系统，该系统包括双扬声器、谐振管、置于谐振管内　

的回热器和换热器等元件。利用双声源法，可实现对谐振管及回热器边界声场的任意调制，包括调节　

幅值（调幅）、调节相位（调相）和调节频率（调频）。在给定双声源条件下，采用双传感器法对该系统　

谐振管中的声场参数（包括声压、质点速度、当地声阻抗等）分布进行理论声场重构，并通过实验分　

析，证实了该方法在等径谐振管内非声压腹点和节点处的适用性和准确性，而在声压腹点和节点处　（附近）的误差最大达到１２．４％。同时，对谐振管内的声场进行了行波驻波分解，得到了谐振管中行　

驻波成分比例。　关键词：双声源驱动　回热器　声场重构　行驻波　

中图分类号：ＴＢ６１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００￣５１６（２０１０）０２－００１４－０６　

Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　

ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ｄｏｕｂｌｅ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｄｒｉｖｅｒｓ　

Ｚｈｏｕ　Ｌｉｈｕａ　・　Ｘｉｅ　Ｘｉｕｊｕａｎ　Ｌｉ　Ｌｅｉ　・　Ｌｉ　Ｑｉｎｇ　

（　Ｋｅｙ　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９０，Ｃｈｉｎａ）　（　Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）　

不同工作气体的双作用热声发电机的热力性能研究

不同工作气体的双作用热声发电机的热力性能研究

２０１２年第４期　

总第１８８期　低　温　工　程　

ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ　Ｎｏ．４　２０１２　Ｓｕｍ　ＮＯ．１８８　

不同工作气体的双作用热声发电机的热力性能研究　

张丽敏　罗二仓　吴张华　余国瑶　戴　巍　

（　中国科学院低温工程学重点实验室　北京　１００１９０）　

（　中国科学院研究生院　北京　１０００４９）　

摘　要：对一台三缸的双作用热声发电机进行了数值模拟，考察了不同工作介质下系统的热力性　

能。考察的气体工作介质包括氮气、二氧化碳、氩气、不同组分的氦氩混合气以及氢气。模拟计算表　

明，系统的热力性能与工质密切相关。采用氢气作为工作介质时，该热声发电机获得的电功最大，三　

个电机获得总电功最大可达５　１４５　Ｗ，此时系统的热电效率为２２．８％。　

关键词：双作用　热声发电机　热力学性能　

中图分类号：ＴＢ６５７　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．６５１６（２０１２）０４－０００８－０５　

Ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ　

ｄｏｕｂｌｅ—ａｃｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｇａｓｅｓ　

Ｚｈａｎｇ　Ｌｉｍｉｎ　－　Ｌｕｏ　Ｅｒｃａｎｇ　Ｗｕ　Ｚｈａｎｇｈｕａ　Ｙｕ　Ｇｕｏｙａｏ　Ｄａｉ　Ｗｅｉ　

（　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９０，Ｃｈｉｎａ）　

（　Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｔｈｒｅｅ—ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ　ｄｏｕｂｌｅ—ａｃｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗａｓ