热声机械的研究现状及展望.pdf

2009年第37卷第4期 流 体 机 械 79 文章编号：2009)o4—0079—04 热声机械的研究现状及展望 赵忠明’，李 青。，胡忠军 (1．华中科技大学 ，湖北武汉 430073；2．中国科学院，北京 100190) 摘 要 ： 回顾了近几年国内外热声工作者在热声理论以及热声机械的研究进展，总结了近年来研究的热点方向，并对 热声学研究今后的发展趋势进行了展望。 关键词： 热声理论；热声机械；研究热点 中图分类号 ： TBrl 文献标识码： A StudyStatusandProspectsoftheThermoacousticDevice ZHAOZhong—ming，LIQing，HUZhong．jun (1．HuazhongUniversityofScienceTechnology，Wuhan430074，China； 2．ChineseAcademyofScience，Beijing100190，China) Abstract： Thedevelopmentaloriginofinvestigationonthermoacousticphenomenaisreviewed．Thelatestinvestigativecontents areintroducedindetail．Theseveralhottopicsonstudiesinthisfieldatpresentwasbroughtforward．Thedevelopmentprospectof thermoacousticsinthefutureisalsogiven． Keywords： thermoacoustictheory；thermoacousticdevices；hottopics 1 前言 2 热声效应及热声理论 采用传统制冷技术的制冷设备大都有运动部 热声系统一般是由高温热源和低温热源以及 件，存在磨损、可靠性差、寿命低的缺点。热声技 两相工质组成的系统，其中一相工质为具有可压 术正是适应这种挑战而发展起来的，逐渐引起广 缩性的流体，另一相工质为固体。当系统满足一 泛的关注 。 定的几何和热力学边界条件时热声效应显现出 热声制冷技术与传统制冷技术相比具有许多 来。热声效应是当具有压缩性的流体工质在该系 优点：(1)可实现完全无运动部件的方式工作，不 统中进行声振荡时与固体工质之间进行热力相互 存在运动磨损和润滑油的问题 ，这样就保证了热 作用而发生的时均能量转换效应_】J。根据能量转 声热机的寿命长和可靠性高、制作成本低的优点； 换方式的不同，热声效应分为两类 ：一是用热来产 (2)可以采用热能驱动，利用低品味的能源，尤其 生声 ，即热驱动的声振荡；二是用声来产生热流， 是对于电能短缺而热能富集的场合例如工厂废热 即声驱动的热量传输。基于前者可以研制热声发 利用，荒漠和远海采油，更具有实际意义；(3)可实 动机，取代 目前以Rankine循环和Brayton循环为 现高效率，在理论上热声技术可以实现斯特林循 主的动力系统；基于后者可以研制热声制冷机，取 环，而斯特林循环是和卡诺循环的效率是一样高 代 目前以蒸汽压缩式为主的制冷系统。 的；(4)良好的环保性。热声制冷技术不需要传统 热声现象早在 230多年前就已经被发现，按 的制冷剂，它的制冷工质一般是惰性气体，不会破 照声场的不同，热机可分为行波热机和驻波热机。 坏大气和臭氧层。 Sondhauss管和Rijke管分别是现代驻波型热声热 收稿 日期： 2o08～10—16 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目；中国科学院重大科研仪器研制项 目(热声学介观测试系统) FL