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1、分 类 号 学 号 M200970951学 校 代 码 10487 密 级硕士学位论文高频热声振荡器及其阵列谐振腔特性学位申请人： ： 于婷婷学科专业： ： 制冷及低温工程指导教师： ： 张晓青副教授答辩日期： ： 2012 年 1 月 6 号:A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the requirementsfor the Degree of Master of EngineeringHigh frequency thermoacoustic oscillators and thecharacteristic of array reso
2、natorCandidate Yu TingtingMajor Refrigeration and CryogenicsSupervisor Associate Prof. Zhang XiaoqingHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P. R. ChinaJanuary, 2012 本 论 文 属 于 保独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除 文中已经标 明引用的内 容外，本论 文不包含任 何其他个人或集体已经发 表或撰写过 的研究成果 。对本文的 研
3、究做出贡 献的个人和 集体，均已在文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 ， 本 声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 。学 位 论 文 作 者 签 名 ：日 期 ： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。本 人 授 权 华 中 科 技 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检索 ，
4、 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。在 _年 解 密 后 适 用 本 授 权 书密不 保 密 （ 请 在 以 上 方 框 内 打 “”）学 位 论 文 作 者 签 名 ： 指 导 教 师 签 名 ：日 期 ： 年 月 日 日 期 ： 年 月 日本论文工作得到国 家自然科学基金项目资助（项目名称：高频热声自激振荡器的特性及其阵列系统的协同行为研究，批准号： 50976037）华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要热声振荡器具有结构简单，成本低，无运动部件或少运动部件，可靠性高，对环境无污染等优点，使得其在能量
5、管理和能量转换中受到越 来 越 多 研 究者的关注。尤其是具有较小尺寸的高频热声自激振荡器和声驱动的热声制冷机， 可以获得更高的功率密度， 更能适用于微型电子器件的散热。在利用低温热源驱动热声制冷或热声驱动脉管制冷及热声输热方面，都具有广阔的应用前景。 本文基于热动力学网络方法，对高频热声振荡器进行了模拟研究，主要内容有以下几个方面：首 先 ， 综 述 了 高 频 热 声 技 术 的 国 内 外 研 究 现 状 ， 在 总 结 现 有 研 究 成 果 的 基 础 上 ，分析了目前高频热声振荡器及其阵列系统的研究 和应用中存在的主要难点问题。在此基础上，提出了本文的研究内容及拟解决的关键问题，同
6、 时 阐 述 了 本研究工作的主要目的及意义。其 次 ， 建 立 了 高 频 热 声 振 荡 器 的 网 络 模 型 ， 开 发 了 用 于 模 拟 振 荡 器 的 仿 真 程 序 。基 于 此 程 序 ，对声驱动的微型热声制冷机和热驱动的自激振荡器进行了 模拟研究，预测了振荡器 系统的频率 特 性 、 声 场分布和性能 特性。着重分析了板叠参数及运行工况对振荡器性能的影响，得到了优化的板叠参数及工况条件。对单个 高频热声振荡器特性的研究成果，将有助于研究多个振荡器阵列系统的特性。然后，研究了 分布有阵列谐振腔的 谐振管的频率特性和声场分布，分析 了阵列谐 振 腔 对 热 声振荡器系统的影响。
7、研究表明阵 列谐振腔能改变系统的频率特性，并对高阶谐波等非线性现象 具有抑制作用。同时，对两列不同结构的谐振 腔进行了数值研究，分析了两列谐振腔的不同排列结构对热声系统特性的影响，为振荡器阵列系统的研究提供参考。最后，分析了协同及耦合现象的理论基础及其在热声振荡器中的应用，在此基础上，建立了研究两列热声振荡器协同和耦合现象的实验样机，提出了基本的实验方 案 ， 并 介 绍 了 实 验 的 测 试 系 统 。关键词：热声振荡器，高频，谐振腔，阵列，网络阻抗I华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractWith the advantages of simple structure
8、, convenient maintain, low cost, no or littlemoving parts, higher reliability, and pollution-free to the environment, thermoacouticoscillators became more and more active in energy conversion and management.Especially with the small size of high frequency self-excited thermoacoutic oscillators andso
9、und driven thermoacoustic refrigerator, they could obtain higher power density, whichmade them more suitable for use in miniature electronic devices for heat dissipation. In theaspects of using low-temperature heat source driven thermoacoutic refrigeration,thermoacoutic driven pulse tube refrigerati
10、on and heat transportation, thermoacouticoscillators have showed wide application prospects. In this paper, the high frequencythermoacoutic oscillator was simulated based on the method of thermal dynamic network;the main contents include the following aspects:First of all, the present research situa
11、tion of high frequency thermoacoutic technologywas introduced and the advantages and disadvantages of the existing achievements wereanalyzed. Following this, the topic and significance of this paper were put forward.Then, based on the basic simulation equations, the simulation program was designedto
12、 calculate high frequency thermoacoutic oscillators. According to the program, thesound-driven thermoacoustic refrigerator and heat-driven self-excited oscillator weresimulated and their frequency and sound field characteristics were analyzed. Emphatically,how the parameters of the stack and the ope
13、ration condition affect the performance of thesystem was analyzed. From the analysis results, we could obtain the optimal parameters ofthe stack and the operating conditions for good performance. Meanwhile, the simulationof a single thermoacoustic oscillator provided good guidance for thermoacoutic
14、arraysystem.And then, the frequency characteristics and the acoustic distribution of the arrayresonant cavities in resonant tube were analyzed, and the impact of the array cavities tothermoacoutic oscillation system was discussed, from which the restrain effects tononlinear phenomena such as high or
15、der harmonic wave were verified. After these,different structures of two column resonance resonators in thermoacoutic system wereII华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文simulated with the analysis of its influences to the system characteristics, which providedvaluable reference to thermoacoutic array system.Finall
16、y, the theoretical basis of the synchronization phenomenon and its applicationin the use of thermoacoustic oscillator were illustrated. And based on the theory, theexperiment prototype was established and the corresponding test system was introduced.At last, basic experimental schemes were put forward to do the research ofsynchronization and coupling to two column self-exited thermoacoutic oscillators.Keywords: Th
