热声制冷机制冷机制数值模拟研究

摘要

声驱动的热声制冷机是一种全新的制冷装置，它是靠声驱动装置产生声波，声波在谐振管中产生热声效应的原理工作的。论文主要运用数值模拟的方法对热声制冷机的制冷过程进行了仿真，对热声效应的发生和作用机理进行了详细的分析。
　　论文首先论述了热声热机的研究背景和意义，对热声热机的发展过程及国内外的研究进程进行了说明，从热力学内容出发对热声效应发生的过程进行了分析。同时对热声效应涉及到的流体力学、传热学等基本理论进行了论述。对热声制冷机零部件的设计准则进行了说明，为热声制冷机的设计改进提供了依据。
　　其次，重点对热声制冷过程进行了数值模拟,运用CFD数值计算软件，对热声效应的发生和发展机理进行了数值模拟。首先在ANSYS中建立谐振管的三维模型，进行模态分析，找到合适的谐振频率，以此频率作为驱动源的激励频率。在CFD中，建立制冷机的直谐振管二维模型，研究了其中放置一块板叠时谐振管内流体的速度、压力、温度变化情况，并对压力幅值对温度的影响进行了分析，结果表明，谐振管内工质的温度具有一定的波动性，体现了压力波动对温度等参数的影响。同时证明提高制冷机入口处压力的振动幅值，对于热声制冷机制冷量的增加是有益的。在热声制冷效应的作用下，管中板叠冷热端形成了一定的温度梯度，很好地验证了热声效应的作用机理。
　　最后，在直谐振管仿真的基础上，对热声制冷机进行了结构改进，重点是在内部增加了冷热端换热器，换热器是热声制冷机的一个重要组成部件，它对热声效率的提高起着重要作用。通过耦合的计算方法，对整机模型进行了仿真，对内部流场进行了分析，制冷机获得了较大幅度的温降，制冷效果较佳，谐振管内的温度比没加换热器时要降低的多，制冷效果明显。
　　通过课题的研究，对热声效应的作用机理进行了分析，并在合适的激励频率下获得了理想的制冷温度，得到了预期的结果，验证了热声效应。同时也说明了运用流体计算软件进行课题研究的可行性，为热声制冷机实现体积小型化以及结构的改进和优化带来了捷径。

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引 言

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 热声制冷技术的发展

1.3 热声制冷技术的应用前景

1.4 本文开展的研究工作

2热声学理论

2.1热声学理论基础

2.2热声理论研究进展

2.3本章小结

3热声制冷机工作原理及结构设计准则

3.1热声制冷机制的形成过程分析

3.2热声制冷机的零部件设计准则

3.3本章小结

4热声制冷机谐振管内流场特性的数值模拟计算

4.1谐振管中流场的确定

4.2谐振管尺寸的确定

4.3谐振管内流场分析

4.4谐振管的模态分析

4.5频率对压力幅值的影响

4.6本章小结

5 热声制冷机热声效应数值模拟分析

5.1热声效应的数值模拟

5.2热声制冷机结构的改进及数值模拟

5.3 本章小结

结论

参考文献

在学期间研究成果

致谢