[发明专利]基于两端压力振幅比的轴对称热声谐振管性能评估方法

说明书

本发明公开了一种基于两端压力振幅比的轴对称热声谐振管性能评估方法，包括如下步骤：①、将压力放大比定义为谐振管性能评估指标，压力放大比为谐振管小端压力振幅与大端压力振幅之比，即：该比值只与谐振管形状和工质有关；②、基于转移矩阵，建立谐振管两端压力振幅比的数学模型，计算出压力放大比；③、根据压力放大比的值评估热声谐振管的性能，压力放大比的值越高，热声谐振管的性能越好。本发明定义了谐振管小端压力振幅与大端压力振幅的比值为评估谐振管性能的指标，称之为压力放大比，压力放大比可以在求解谐振频率的同时求出，不需要花费额外的计算量，计算方法简单，计算结果准确，并且独立于其他系统。

技术领域

本发明属于热声热机(包括热声发动机、热声制冷机、热声热泵等)的技术领域，具体涉及一种基于两端压力振幅比的轴对称热声谐振管性能评估方法。

背景技术

目前，在热声热机(包括热声发动机、热声制冷机、热声热泵等)领域中，许多研究结果表明，采用变截面谐振管可以极大地提高压力振幅，产生符合工业要求的大振幅声波，如中国专利申请号01131811.2公开的变截面脉管制冷机、中国专利申请号200810232133.6公开的太阳能驱动的同轴行波发动-驻波制冷装置、中国专利申请号200410098438.4公开的一种带有渐扩截面谐振腔的热声发动机等。因此，如何评估一个谐振管的性能，对谐振管的优化设计有着重要意义。

在谐振管性能评估方面，目前的方法都是根据谐振管压比的大小来衡量谐振管的性能，如文献“Young-Doo Chun etc.Numerical analysis for nonlinear resonantoscillations of gas in axisymmetric closed tubes.Journal of Acoustic societyof America,2000,108(6)：2765-2774”、“Fangli Ning etc.Numerical simulation offinite amplitude standing waves in acoustic resonators using finite volumemethod,Wave Motion 2013,50(2)：135–145”、“冯和英等.指数型热声谐振管的固有频率,声学学报,2017,42(5)：625-632”等。但压比的计算值与谐振管所处的整个系统有关，与谐振管的输入也有非常密切的关系，即压比的计算需要用到外部驱动条件，因此，不能仅以压比作为性能指标而对谐振管进行评价和优化设计。此外，由于数学上不可能解析地写出压比的计算公式，传统方法在评估谐振管性能时需用各种数值方法来计算小端的压比，比如采用有限差分、有限体积、伽辽金有限元等方法或者通过Fluent软件模拟管内流动，这需要较大的计算量。文献“C.Luo etc.Generation of shock-free pressure waves in shapedresonators by boundary driving.Journal of Acoustic society of America,2007,121(5)：2515-2521”的实验显示，对于指数型谐振管，无论驱动条件如何变化，谐振管两端压力振幅的比值大致是一个常数。实验结果还显示：该比值只与谐振管的形状和工质有关。通过分析发现，当大端的压比较小时，该比值与之前方法所用的压比存在正相关的关系,这说明采用大小端的压力放大比来衡量谐振管的性能，是可行的。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种基于两端压力振幅比的轴对称热声谐振管性能评估方法，其可对轴对称热声谐振管的性能进行评价，且计算方法简单，结果准确。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种基于两端压力振幅比的轴对称热声谐振管性能评估方法，包括如下步骤：

①、将压力放大比定义为谐振管性能评估指标，压力放大比为谐振管小端压力振幅与大端压力振幅之比，即：该比值只与谐振管形状和工质有关；