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热声发动机特性的多速格子气模拟

作　者: 张稳
导　师: 张晓青
学　校: 华中科技大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 热声发动机格子气谐振腔压幅流场
分类号: TK40
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 12次
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内容摘要

热声热机由于具有高可靠性、无污染性、寿命长等许多优点,得到越来越多的关注。随着热声热机实用化的发展,要求不断提高比功率,这必然导致系统的声幅迅速增大,使得非线性效应越来越明显,线性热声理论将难以提供满意的预测,需要探索新的模拟分析方法。因此,将格子气方法应用于热声发动机的数值模拟中,是全新的课题。在总结前人研究成果的基础上,得到了以下几方面研究结果:1.初步建立了D2Q13热声格子气模型,将热声与d2q13格子气模型结合具有一定得探索性。设计了相应的碰撞规则、边界处理方法,模拟所得的热声发动机的温度响应曲线结果合理,表明了模拟的假设可行。2.采用D2Q9格子气模型,模拟了带谐振腔的热声发动机。比较了带谐振腔模型和直管模型的起振过程,模拟了带谐振腔模型的温度分布和沿管长方向的温度梯度。重点研究了系统稳定后一个周期内,压力波的传播和反射过程,并进行可视化分析。研究结果表明,增加谐振腔有助于增大系统压力增幅,半波长谐振腔的压力幅值出现在谐振管的两封闭端,与理论分析吻合较好。3.分析了多体碰撞规则的影响,表明多体碰撞规则的生成更易于显现非线性效应,模拟结果更接近实际。同时,提高高温热源温度,有助于压力振幅的增大。4.分析了回热器的流场,对板叠内水平方向的速度进行了处理,同时对换热器附近的流场进行了可视化处理。研究结果反映了板叠内水平方向的周期振荡,以及换热器两端空腔区域由于流场突变带来的涡流效应。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景和意义  8-9
  1.2 课题研究的历史进展及现状  9-12
  1.3 论文各部分的主要内容  12-14
2 热声基本原理及多速格子气  14-23
  2.1 热声原理  14-17
  2.2 格子方法的概况  17-18
  2.3 D2Q9 格子气模型  18-20
  2.4 D2Q13 格子气模型  20-22
  2.5 本章小结  22-23
3 带谐振腔热声发动机的D2Q9 格子气模拟  23-42
  3.1 物理模型  23-24
  3.2 D2Q9 格子气模型处理  24-26
  3.3 带谐振腔模型的模拟分析  26-34
  3.4 多体碰撞规则的影响  34-37
  3.5 回热器流场分析  37-39
  3.6 对格子气统计问题的一点讨论  39-40
  3.7 本章小结  40-42
4 D2Q13 格子气热声模型及程序实现  42-56
  4.1 物理模型  42
  4.2 碰撞规则设计  42-43
  4.3 边界处理  43-45
  4.4 算法在程序中的实现  45-53
  4.5 宏观量的生成  53
  4.6 模型程序的调试及初步模拟  53-55
  4.7 本章小结  55-56
5 总结与研究展望  56-58
  5.1 全文总结  56-57
  5.2 未来研究的建议  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62

热声发动机特性的多速格子气模拟

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