驻波型热声制冷机的声模态特性研究.pdf

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1、第31卷第7期计算机仿真2014年7月文章编号：1006—9348(2014)07—0202—06驻波型热声制冷机的声模态特性研究江彬，张建润，胡宇星(1．东南大学机械工程学院，江苏南京211189；2．清华大学航空航天学院，北京100084)摘要：在热声制冷机声腔结构优化设计问题的研究中，为了获得热声制冷机谐振管内的声腔共振频率，选取圆柱形波导管结构模型，推导了有限长圆柱管内的简正波解析式，计算出驻波型热声制冷机谐振管内部声腔的简正频率与截止频率；采用Ansys有限元仿真软件，运用数值的方法对热声制冷机的谐振声腔进行了自由模态分析，得到了共

2、振频率与模态振型结构，解析解与有限元解吻合较好。用试验方法对热声制冷机的谐振腔进行了声模态提取与制冷效果实验，结果表明：声压传感器拾取得到系统的谐振频率为928Hz，与理论计算的结果相近。在运行频率为928Hz，平均压力为0．1MPa的工况下进行了一系列不同声功率的试验，得到了最大温降为1．9℃，最大温差5．1℃的制冷效果，为今后热声制冷机优化工作提供了参考。关键词：热声制冷机；简正波；声模态；数值仿真；实验测试中图分类号：TH128文献标识码：BStudyofAcousticModalCharacteristicsofStanding-Wa

3、veThermoacousticRefrigeratorJIANGBin，ZHANGJian—run，HUYu—xing(1．DepartmentofMechanicalEngineering，SoutheastUniversity，NanjingJiangsu211189，China；2．SchoolofAerospace，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)ABSTRACT：Inordertoobtaintheacousticresonance~equeneyofthetubeofthermoac

4、ousticrefrigerator，cylindri—calwaveguidemodelisselected，thecalculationformulaofnormal—modemodelofcylindricaltubewithafinitelength．isdeduced，andnormalfrequenciesandcut-offrequenciesofthecavityinsidetheresonancetubeofthestanding—wavethermoacousticrefrigeratorarecalculated．Bas

5、edonAnsyssoftware．numericalsimulationforthefreemodalofcavityinsidethetubeiscarriedout，theresonancefrequenciesandmodeshapesareobtained，analyticalsolutionsandfiniteelementsolutionsareingoodagreement．Acousticmodalandrefrigerationeffectofthermoacousticrefrigeratorareexperimenta

6、llyextracted，resultsshowthattheresonant~equeneyofthesystempickedupbythepressuresensoris928Hz，whichissimilarwiththetheoreticalcalculations．Intheoperatingfrequencyof928Hz，theaveragepres—sureof0．1MPa，aseriesoftestsofdifferentacousticpowerarecarriedout，themaximHmtemperaturedrop

7、reaches1．9~C，themaximumtemperaturedifferencereaches5．1℃，whichprovidesthereferencefortheoptimizationworklateron．KEYWORDS：Thermoacousticrefrigerator；Normalmode；Acousticmode；Numericalsimulation；Experimentaltest1引言工质无污染，工作频率范围宽，易于微型化，热声制冷机的研热声制冷机利用热声原理实现热与声两种能量之间相究备受关注互转换，是一种通过

8、声波来泵热的装置。热声制冷机结构简目前对热声机理的研究建立在线性热声模型的基础上，单，主要由充满气体的谐振管与声驱动器构成，声驱动器产1969—1980年，N．Ro