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正十字型时均流激声发动机的数值模拟和初步实验研究
| 论文题名： | 正十字型时均流激声发动机的数值模拟和初步实验研究 |
| 关键词： | 发动机;数值模拟;时均流速;风能开发 |
| 摘要： | 时均流，也称平均流(Mean flow)，是指具有显著动能的单向流体流动，包括自然风、管道内气流等。时均流横向流过单端封闭空腔时会诱导出声场，即时均流动能转变为声场能，这种效应称为时均流诱导声振荡效应。基于时均流诱导声振荡效应，可研制出新型无运动部件的、可利用风能的发动机--时均流激声发动机。时均流激声发动机可用于热声制冷、发电、降噪减振等领域，然而，时均流激声发动机的理论和实验研究仅处于起步阶段，其工作机理尚不清楚。鉴于此，本文致力于探索时均流激声发动机的工作机理，开展了正十字型时均流激声发动机的数值模拟与实验研究。 首次采用大涡模拟方法对正十字型时均流激声发动机进行数值求解，在谐振管内成功获得了稳定的驻波声场，分析了正十字型时均流激声发动机内部流场特性、声场特性、流场中谐振管口的涡和声场之间的耦合关系。分析表明，正十字型时均流激声发动机谐振管内产生的声场在不同时均流速工况下有稳定与非稳定之分，而在稳定的驻波声场中则表现为不同工况下具有不同声模态；谐振管产生稳定声场时，谐振管口出现周期性的涡，且在不同时均流速工况下表现为不同的数量，即不同的水力模态。此外，对非正十字形结构的四种管路系统的数值计算结果表明，要建立稳定的驻波声场，必须存在两个不受时均流影响或影响较小的空腔。 设计并搭建了时均流激声发动机系统实验台，并就正十字型时均流激声发动机进行了初步实验研究。取得了在不同时均流速下谐振管内的声场特性，获得了不同时均流速工况下的多种声模态，初步验证了数值模型的正确性。实验中还简要分析了温度、时均流、平均压力三者对声场的影响。对数值计算结果和实验结果的无量纲分析表明，时均流激声发动机产生声场的工况点分布在特定的斯特劳哈尔数区域，并反映了流场的水力模态特性，这为合理设计时均流激声发动机运行工况提供了依据。实验中获得的谐振管末端最大压力振幅为2.10kPa，其对应的时均流速为44.55m/s，振荡频率为547Hz，压比为1.04，谐振管内声场储能为6.358×10-3J，该结果为后续利用时均流激声发动机进行风能开发和收集提供了参考。 |
| 作者： | 余炎 |
| 专业： | 制冷与低温工程 |
| 导师： | 邱利民;孙大明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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