基于ANSYS的热声制冷机谐振管内声场仿真分析.pdfVIP

学兔兔 基于ANSYS的热声制冷机谐振管内声场仿真分析 The thermoacoustic refrigeratorresonancetubesoundfield based onANSYS sim ulationanalysis 汪建新，尹潇靓，唐 岳，刘曜宁 WANGJian-xin，YINXiao-jing，TANGYue，LIUYao．ning (内蒙古科技大学机械与工程学院，包头014010) 摘 要 ：利用有限元数值模拟分析方法，分别对长度相同的圆柱形、圆锥形、渐缩变截面管、凹曲线回 转体以及凸曲线回转体内声场进行分析。结果表明：对于热声制冷机结构微型化的需求，在 相同激励条件下采用圆锥形谐振管，活塞振动模态幅值最大，同时在小端能产生较高声强。 关键词：热声制冷机；声场分布；声压幅值；有限元分析；谐振管形状 中国分类号 ：TB567 文献标识码：A 文章编号：1009—0134(2015)o9(下)一0076—04 Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2015．09(下)．20 O 引言 分析软件进行数值模拟分析。 谐振管是热声制冷机的重要部件之一，它维持系统 本文致力于具有大功率、小体积、高声强声源特点 所需的频率，同时为系统储存声能，其几何参数的变化 的磁致伸缩换能器驱动 热声制冷机中谐振管截面形 会改变振荡压力或者体积流量的幅值和相位，对热声系 状的设计研究，用数值模拟 的方法 ，借助于声学分析软 统的工作性能有重大影响…。谐振管的几何尺寸是重要 件，分析 了五种不同形状的谐振管在谐振管参与振动与 的参数，其直径、长度 以及形状的变化会影响热声制冷 不参与振动时管内的声场分布情况，为合理选择谐振管 机的性能。当管型发生变化时，管 内的波动方程跟等直 形状提供了有益的参考。 径管相 比也有相应的变化，实验证实，采用变截面可以 1 谐振管内气体介质的理论声场模型 明显抑制谐波的产生，减少能量从基频模态的迁移。因 把谐振管内部的气体介质提取出来，简化为一个圆 此设计合理的谐振管管形对于抑制高次谐波的产生、提 柱体，如图1(a)所示。设圆柱形管道 内部声腔半径为a， 高管内压比进而提高制冷效果具有十分重要的意义 。 长度为b，基于管内流体媒质 的三维运动方程、连续性 现阶段 已普遍认识到谐振管的长度和直径对热声振荡频 方程和物态方程 ，在柱坐标系下任一点处 的声压 率的重大影响 ]。然而对于谐振管的形状如何影响制冷 p(r，0，z，f)满足空间波动方程[6： 机系统却所知有 限。由于其工作原理较为复杂 ，实验数 据也相对缺乏，因此无论是进行理论的还是实验方面的 【J)+ +=专 ㈣(1) 研究，对于进一步提高热声制冷机的性能都有重要的 意义 。 式中：p为声波声压；c。为声速，其中c是决定媒质 谐振管内的声场分布，不仅与激励条件有关，还与