熱聲回?zé)崞鲀?nèi)聲場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

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1、2014年第5期低溫工程N(yùn)O．520l4總第201期CRY0GENICSSumNo．2O1熱聲回?zé)崞鲀?nèi)聲場(chǎng)數(shù)值模擬研究毛伊依謝秀娟楊少柒李青(中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所低溫工程學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100190)(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)北京100049)摘要：對(duì)熱聲系統(tǒng)板疊及其附近流域進(jìn)行了聲場(chǎng)、流場(chǎng)特性的數(shù)值模擬研究。通過(guò)不同計(jì)算方法的對(duì)比，網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證等確定了誤差最小的二維可壓縮湍流模型。模擬結(jié)果分析了典型工況下熱聲回?zé)崞鲀?nèi)部的壓流分布特點(diǎn)，觀察了板疊末端渦結(jié)構(gòu)的周期性，并且對(duì)比了不同周期下渦結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，在壓力場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定后，由于流場(chǎng)的粘性，使得回?zé)崞鲀?nèi)速度場(chǎng)的穩(wěn)定具有

2、滯后性，兩者的穩(wěn)定并不同步。關(guān)鍵詞：熱聲回?zé)崞饔?jì)算流體力學(xué)渦中圖分類(lèi)號(hào)：TB61，TB65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000．6516(2014)05—0034．06NumericalstudyofsoundfieldinthermoacousticregeneratorMaoYiyi'XieXiujuanYangShaoqi'LiQing(KeyLaboratoryofCryogenics，TechnicalInstituteofPhysicsandChemistry，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)(Grad

3、uateSchooloftheChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Thestackofastanding-wavethermoacousticrefrigeratorwasstudied．Theacousticpressureandhydroprocessesnearandwithinathermoacousticcoupleweresimulated．Theinfluencesofnumericmethodologyonthesimulationofnonlinearthermoacoustic

4、processwerestudied．Thedistributionofstaticpressureandvolumevelocityamplitudeinthesystemwerediscussed．Meanwhile，thevo~exstructureattheendofthestackwasobservedandcomparedthevortexstructureunderdifferentcycle．Theresultsshowedthat，becauseoftheviscouseffects，thestabilityofthevelocityfieldint

5、heregeneratorislagcomparedwiththepressurefield．Keywords：thermoacoustic；regenerator；CFD；vo~ex由于熱聲熱機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的工作機(jī)理，涉及到交變1引言流動(dòng)、傳熱及熱力學(xué)過(guò)程，傳統(tǒng)的熱聲理論都是基于根據(jù)熱聲原理研制的熱聲熱機(jī)能夠在一定的幾一階線性理論模型，對(duì)于聲直流、突變截面等非線性何和熱力條件下實(shí)現(xiàn)熱能與聲能之間的相互轉(zhuǎn)熱聲效應(yīng)及其現(xiàn)象有著很?chē)?yán)重的局限性，并不能完全化?。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高使其應(yīng)用前景非解釋這些過(guò)程，因此對(duì)數(shù)理方程的數(shù)值模擬成為解決常廣闊。問(wèn)題的重要手段。近年來(lái)，隨

6、著商用CFD軟件的完收稿日期：2014—07—23；修訂日期：2014—09—23基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)面上基金項(xiàng)目(No．11274318)支持。作者簡(jiǎn)介：毛伊依，女，25歲，碩士研究生。第5期熱聲回?zé)崞鲀?nèi)聲場(chǎng)數(shù)值模擬研究35善與發(fā)展，國(guó)內(nèi)外利用CFX、Fluent等軟件開(kāi)展了一板疊末端渦結(jié)構(gòu)，對(duì)比單個(gè)周期及多個(gè)周期之間的變定的模擬研究?；?，尋求該變化的規(guī)律性。2003年，P．Blanc．Benon等采用有限差分法得2理論分析到熱聲制冷機(jī)回?zé)崞骼涠说臏囟惹€。2008年，余國(guó)瑤研究了駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)板疊回?zé)崞鬟M(jìn)行2．1基本物理模型了二維拓?fù)滢D(zhuǎn)換，采用流固耦合模型，

7、觀測(cè)到了回?zé)岜狙芯繀⒄盏囊延袑?shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)器壓力幅值從放大到飽和的過(guò)程，以及其本身的渦流系統(tǒng)由雙通道函數(shù)／任意波形信號(hào)發(fā)生器輸出同頻固場(chǎng)，揭示了駐波型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)及聲學(xué)特性，定相位差的正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)置放置的揚(yáng)聲器在測(cè)試與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果較好地吻合。同年，L．Zoon~ens管道中產(chǎn)生特定聲場(chǎng)。測(cè)試管道由3部分組成，兩端等建立了流固耦合模型，結(jié)果表明板疊的厚度嚴(yán)是長(zhǎng)度約為400mm的28mm×28mm矩形衛(wèi)生級(jí)格控制著回?zé)崞髦車(chē)郎u的產(chǎn)生和強(qiáng)度，板間距的增不銹鋼管，中間段安裝有長(zhǎng)40mm板厚為1mm間距加提高了熱傳遞效率但增大了熵消耗；隨后