热声系统的特征时间研究

本项目采用"时变率相似分析"、"网络分析"、"时序分析"、"有限时间热力学"等综合分析方法，研究热声系统特征时间对自激振荡和声谐振过程的控制作用；用系统信息流程的换能热力学过程方向（纵向）特征时间（相对时变率）和对环境开放的传输（横向）特征时间的对比值来表征热声系统的换能效应；以热声源频率、声系统本征频率和激励频率之间的最优匹配为判据，获取热声系统的最大品质因数；研制新型对置式热声热机（制冷机）实验样机，探索对置式高频热声管阵列技术的工程化应用；实验辨识样机系统的复流容和复流感，量化网络；建立回热器（热声叠）实测参数数据库，揭示热声回热器的结构、尺寸以及声场与温度场的耦合过程、耦合条件和影响因素。.本项目通过进一步丰富和完善热声理论和开发新的实验样机，促进我国热声热机的工程化应用。

热声技术以无运动部件和采用与环境友好的工质这两个突出特点，催生着动力和机械装置的重大变革。随着热声理论和工程研究的不断深入，热声装置的性能正逐步提高。本项目主要研究热声系统特征时间对自激振荡和声谐振过程的控制作用。.  本项目从热声热机系统特征时间入手，研究热声系统中的信息流程，探索热声系统热声自激振荡实质以及热动力学过程控制参数。利用“时变率相似分析”、“网络分析”、“时序分析”、“有限时间热力学”等理论来寻求最优的特征时间以及最大品质因数。研制新型对置式热声制冷机，实验辨识热声网络参数，揭示热声回热器的结构、尺寸以及声场与温度场的耦合过程、耦合条件和影响因素。. 通过求解非线性参数振动控制方程，提出了揭示热声振荡机理的理论方法。建立了非线性分布参数网络模型。分析表明，热声系统的感容谐振是一个具有极限环的参数振荡。导出了系统周期运动的条件，分析了热声振荡稳定性。利用哈密特式计算了输入热声网络的视在功流，在角频率虚部为零的情况下计算了热声发动机的阀值温度和运行频率。研究结果有助于进一步探究热声效应机理以及热声发动机系统的优化设计。. 研究了特征时间对热声热机以及热声制冷机最优性能的影响。发现了特征时间对热声热机和热声制冷机性能的影响规律，通过数值计算，得到了热声热机和热声制冷机的最优特征时间。对品质因数进行了理论计算与数值分析，研究了特征时间与品质因数的关系。结果表明，在多种热损情况下，品质因数随特征时间单调增大。因此，特征时间可以和品质因数一样表征系统的特性。另外，谐振频率越大，品质因数越高；热漏和不可逆程度因子增大使品质因数减小。. 本项目建立了双声源热声制冷机的整机网络模型。对热声分布参数网络模型的传输矩阵进行了辛对称分析。利用瑞利商式分析了热声系统各部件的最小本征阻抗。数值计算了回热器和谐振管的结构对最小本征阻抗的影响，提出了降低最小网络损耗的方法。. 研制了新型对置式双声源热声制冷机的实验样机，建立了实验系统并通过实验建立了对置式双声源热声制冷机的实测参数数据库；利用该实验数据，对回热器两端声压的理论公式进行了实验辨识。 本研究成果对于热声机理、稳定性的探究，热声装置的优化设计以及热声技术的工程化应用，都具有较大的理论和实际意义。