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黎开管非线性热声效应的研究

声学学报 2011年第1期36卷 37-42页

作者：邓凯吴云飞李华方德明钟英杰浙江工业大学能源与动力工程研究所脉动技术工程研究中心杭州310014 浙江工业大学化工机械设计研究所杭州310014

基于能量守恒原理对Rijke管热声效应展开了理论分析,采用内外流场耦合法数值模拟了Rijke管自激励起振和饱和过程的声场特性,并开展了相应的实验研究。推导了Rijke管起振、饱和及高次谐波产生过程中的能量变化,分析了Rijke管非线性效应... 详细信息

基于能量守恒原理对Rijke管热声效应展开了理论分析,采用内外流场耦合法数值模拟了Rijke管自激励起振和饱和过程的声场特性,并开展了相应的实验研究。推导了Rijke管起振、饱和及高次谐波产生过程中的能量变化,分析了Rijke管非线性效应包括高次谐波和波形畸变的影响因素,提出了改变管口声阻抗可弱化非线性效应的方法。结果表明:在起振阶段热源位置对热声起振的模态有决定作用,传热过程的非线性效应使得管内一阶模态声波逐渐趋于饱和,当速度振幅大于平均流速时,流动反向激发高阶的声学模态,产生高次谐波。在大振幅非线性效应下,声波在管口由于大幅振动形成涡旋而引起声能的附加损耗,进而影响了管内声压波形,使得管内轴向声压分布产生畸变。缩小管末端截面面积改变管口的非线性声阻,可弱化波形的非线性畸变。

关键词：非线性效应热声效应 Rijke管波形畸变开管能量守恒原理高次谐波声学模态

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脉冲磁激励的磁声效应和热声效应的仿真研究

生物医学工程学杂志 2017年第1期34卷 21-26页

作者：杨延菊刘国强夏正武中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

我们根据电磁场辐照低电导率样本时电磁场和声波场之间的耦合关系,对脉冲磁激励的磁声效应和热声效应展开研究。本文基于电磁场理论和声波传播理论知识,推导了脉冲磁激励的声压波动方程;构建二维载流线圈和低电导率圆形薄片模型以模拟... 详细信息

我们根据电磁场辐照低电导率样本时电磁场和声波场之间的耦合关系,对脉冲磁激励的磁声效应和热声效应展开研究。本文基于电磁场理论和声波传播理论知识,推导了脉冲磁激励的声压波动方程;构建二维载流线圈和低电导率圆形薄片模型以模拟成像物理环境,利用有限元方法分析瞬态电磁场;并且根据电磁场仿真结果,进行磁声效应和热声效应所产生的声场仿真计算。仿真结果表明,微秒级高斯脉冲磁场激励下,低电导率样本中热声效应比磁声效应大,且起主要作用;微秒级高斯脉冲磁场和0.2 T静磁场激励下,低电导率样本中热声效应和磁声效应共存。该研究为感应式磁声成像和磁热声成像的进一步应用奠定了基础。

关键词：磁声效应热声效应感应式磁声成像磁热声成像脉冲磁场

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热声效应及其应用研究进展

西安科技大学学报 2018年第6期38卷 919-930页

作者：李亚清史学强张玉涛杨超萍张静西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心陕西西安710054

热声效应是一种热与声相互转化的现象,涉及复杂的非线性因素,而热声机械无运动部件,有着广阔的应用前景。为加深对热声效应的研究,文中首先介绍了热声理论的研究进展状况,分析了各个理论的局限性及适应性,接着从实验研究及数值模拟两方... 详细信息

热声效应是一种热与声相互转化的现象,涉及复杂的非线性因素,而热声机械无运动部件,有着广阔的应用前景。为加深对热声效应的研究,文中首先介绍了热声理论的研究进展状况,分析了各个理论的局限性及适应性,接着从实验研究及数值模拟两方面总结了现有的研究方法及其取得的研究成果,之后详细阐述了热致声与声致冷2种效应的应用。最后,基于当前的研究现状,分析了热声理论在研究与应用方面存在的问题与遇到的挑战,讨论了热声转化的发展趋势。结果表明,建立科学的适用于大振幅热声效应的理论方法是发展推广热声效应的难点和重点,而数值模拟与实验研究的有效结合是推进热声理论发展的强有力手段,虽然目前热声机械还只停留在实验室研究,但凭借热声转换的独特优势,热声装置将会是清洁能源、航空航天、消防等行业的重要应用技术。

关键词：热声效应热声理论热声应用热声轰燃探测器数值模拟

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感应式磁声成像中的磁热声效应研究

中国生物医学工程学报 2020年第3期39卷 295-302页

作者：杨铭马任张顺起周晓青殷涛刘志朋中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192

探究感应式磁声成像中的磁热声效应,分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式,数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号,对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果,... 详细信息

探究感应式磁声成像中的磁热声效应,分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式,数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号,对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果,建立磁声成像实验平台,采用导电橡胶圈仿体分别开展磁声和热声圆周扫描实验,并对磁声和热声信号幅值和声源重建结果进行比较分析。仿真结果表明,磁声声源分布集中在电导率边界处,而热声声源分布展宽,并且在边界和内部均有分布;磁声声源的最大值是热声声源的15倍。实验结果表明,热声声压信号峰-峰值是混合信号的1/4。热声信号重建的声源图像在边界处更模糊,磁声信号的声源重建图像边界清晰但存在伪影。仿真和实验结果均证明,磁声成像中同时存在热声效应。从热声声源的分布及热声信号与磁声信号的幅值关系中可见,热声效应在一定程度上会对磁声成像结果产生影响。

关键词：感应式磁声成像热声效应焦耳热声源分布声源重建

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热声效应及其实验

物理实验 2004年第12期24卷 7-9页

作者：曹正东马彬陈润王飞蒋仁钢同济大学应用物理系上海200092 同济大学信息与通信工程系上海200092

基于热声效应原理设计了热声致冷实验系统 .实验结果表明 ,在系统运行很短的时间内 ,即可得到 1 0℃左右的温降 ,从而可以有效地演示热声致冷现象 .

关键词：热声效应热声堆热波穿透深度

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注入式磁声成像中热声效应的初探

生物医学工程研究 2016年第3期35卷 145-150页

作者：李俊霖周晓青殷涛刘志朋中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192

探究磁声成像中热声效应的影响。通过加载和不加载静磁场条件下,改变激励源的相位和幅值以及换能器的接收方向来验证铜、铝、石墨和凝胶四种不同特性样本被激发的磁声信号和热声效应信号,并进行分析。磁声成像中热声信号与激励电压的相... 详细信息

探究磁声成像中热声效应的影响。通过加载和不加载静磁场条件下,改变激励源的相位和幅值以及换能器的接收方向来验证铜、铝、石墨和凝胶四种不同特性样本被激发的磁声信号和热声效应信号,并进行分析。磁声成像中热声信号与激励电压的相位无关,其传播方向在各个方向都有,其幅值与激励的能量成正比。相对于其他样本而言,凝胶仿体中的热声效应的影响最大。在生物组织中进行磁声成像时,热声效应的影响不可忽略。

关键词：磁声成像洛伦兹力热声效应焦耳热声源

基于热声效应的银线栅网络薄膜的声学性能计算及实验研究

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基于热声效应的银线栅网络薄膜的声学性能计算及实验研究

作者：唐金龙苏州大学

学位级别：硕士

微米级和纳米级的金属线栅因其高导电性和延展性,被广泛用作柔性透明电极。近几年,多种金属线栅薄膜均被证明有良好的声学特性。目前,热声扬声器的主要制作材料为石墨烯和碳纳米管,但石墨烯薄膜面积普遍较小,而碳纳米管薄膜保存困难,极... 详细信息

微米级和纳米级的金属线栅因其高导电性和延展性,被广泛用作柔性透明电极。近几年,多种金属线栅薄膜均被证明有良好的声学特性。目前,热声扬声器的主要制作材料为石墨烯和碳纳米管,但石墨烯薄膜面积普遍较小,而碳纳米管薄膜保存困难,极易损坏。相比之下,金属线栅可制备边长达上百厘米的薄膜,且制造成本较低,其电阻小,强度高,可任意弯曲折叠,对保存条件要求较低,更适合制作柔性透明热声扬声器。本文在国家自然科学基金面上项目资助下,以银线栅网络薄膜为主要研究对象,探究其传热及声学特性。主要研究内容和结论如下:(1)建立银线栅网络薄膜的传热模型,得到薄膜表面温升的表达式,并进行了温升计算。搭建测试平台,对银线栅网络薄膜的表面温度分布及变化进行了测试。研究表明:薄膜的温升测试值与理论计算值的整体趋势一致,验证了温升模型的正确性。薄膜的温升时间约为50s,温升时间主要受金属线栅材料、薄膜的厚度及基底影响,与输入电功率和环境温度等无关;表面温度分布不均衡,由中央向四周递减。(2)借鉴石墨烯薄膜和碳纳米管薄膜的热声模型,得到银线栅网络薄膜热致发声的声压公式,并进行了声压计算。搭建银线栅网络薄膜的声学测试平台,对不同周期、不同面积薄膜的输出声压进行了测试。结果表明:实验测试值与理论计算值的整体趋势一致,验证了理论模型的正确性。银线栅网络薄膜的输出声压在近场近似为平面波,在远场近似为球面波;薄膜的输出声压与输入电功率成正比;在远场区域,声压与距离近似成反比。(3)利用仿真软件模拟银线栅网络薄膜的声场分布。模拟结果表明:热致发声的实际声源是薄膜表面一层极薄的空气层;微尺寸下,连续平面薄膜的输出声压与网络化薄膜的输出声压基本一致。声压指向性分析表明:薄膜输出声压在远场近似成球面;随着频率升高、薄膜面积增加或测距减小,薄膜输出声能量向正前方集中。(4)考虑到银线栅的氧化及水下应用等问题,对银线栅网络薄膜进行了封装设计。分析表明:薄膜在密度大、热导率高以及比热低的气体中,其输出声压将增大;薄膜的输出声压随着封装层厚度的增加、输出声压频率的升高或两侧介质阻抗特性的增大而减小。

关键词：银线栅网络薄膜热声效应声学特性温度场

Rijke管热声效应及热声制冷机的数值模拟

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Rijke管热声效应及热声制冷机的数值模拟

作者：赵殿鹏杭州电子科技大学

学位级别：硕士

本文运用CFD数值模拟的方法对热声效应的发生及发展机理进行了比较全面的研究。首先建立理论模型,给出了热声效应的流动与传热数学模型,包括一般形式的连续性方程、动量方程和能量方程,以及状态方程,非稳态、可压缩的标准k-ε湍流模型,... 详细信息

本文运用CFD数值模拟的方法对热声效应的发生及发展机理进行了比较全面的研究。首先建立理论模型,给出了热声效应的流动与传热数学模型,包括一般形式的连续性方程、动量方程和能量方程,以及状态方程,非稳态、可压缩的标准k-ε湍流模型,多孔介质内部的流动传热模型等。然后选取Rijke管为研究对象,详细研究了Rijke管中热声现象的起振过程、极限周期振荡过程。对数值计算的结果进行了相位分析以及频谱分析,对热声效应激发出的声信号进行了能量分析。之后给出了Rijke管内以压力为代表的物理参数的空间分布云图的周期性脉动体现。作为热声效应的一个应用,选取热声制冷为研究对象,具体设计了一个热声制冷机模型,并用数值计算的方法对其进行了模拟,得到了比较明显的制冷效果。之后又对该模型进行了外形上和内部换热装置结构上的两次改进,对计算结果进行了比较细致的分析,重点对优化后模型的换热装置附近的流场进行了研究。研究结果表明,模型内部温度的变化都是在波动中升高或降低的,体现出压力的波动对温度等参数的影响作用。热声制冷机的换热部件是其关键的工作部件,对换热器和回热器结构的改进可以对制冷效果进行大幅的提升,管的外部形状的改变能够对制冷效果产生一定的影响,但是并不特别明显。内管两端口附近区域流场漩涡周期性生成和破碎是热声制冷机泵热的关键所在。本文的研究对于深入理解热声效应的机理,以及热声效应的实际应用、热声制冷机的研制具有一定的指导意义。

关键词：数值模拟 N-S方程组 Rijke管热声效应热声制冷机多孔介质

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基于热声效应的石墨烯发声器研究

基于热声效应的石墨烯发声器研究

作者：张学泽苏州大学

学位级别：硕士

随着我国城市交通事业的快速发展,依靠振膜振动发声的传统发声器由于其体积大、振膜机械振动易损坏等原因已经难以满足人们的需求。基于热声效应的石墨烯发声器,是一种新型的热声发声器,具有重量轻、宽频带、体积小、柔性及平坦幅值等优... 详细信息

随着我国城市交通事业的快速发展,依靠振膜振动发声的传统发声器由于其体积大、振膜机械振动易损坏等原因已经难以满足人们的需求。基于热声效应的石墨烯发声器,是一种新型的热声发声器,具有重量轻、宽频带、体积小、柔性及平坦幅值等优点,石墨烯发声器能够更好的应用在车辆和飞机等载运工具上,也可以作为次级声源应用在有源控制中。本文在国家自然科学基金面上项目资助下,以石墨烯发声器为研究对象,探究其声学及传热特性。主要研究内容和结论如下:(1)基于固体的热声效应理论,建立了石墨烯发声器的热声效应模型,分别推导出二维石墨烯薄膜和三维石墨烯泡沫的近、远场声压公式;进行了一系列声学实验,实验结果表明,在近场中,石墨烯泡沫输出声压并不是完美的平面波;在远场中,石墨烯泡沫发声器的输出声压随距离的增大而降低,随着输入电压幅值的升高而增大。当频率在20Hz～1000Hz时,石墨烯泡沫发声器的声压随着频率逐渐变大,频率大于1000Hz时,其声压趋于稳定;在20Hz～10000Hz内,施加10V电压,测距为1cm的条件下,石墨烯发声器的声压级由大到小依次是:三维石墨烯泡沫、铜基底石墨烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底石墨烯薄膜和玻璃基底石墨烯薄膜,最大单频声压级依次为 59.9dB、53.5dB、47.8dB 和 38.9dB。(2)针对铜基底石墨烯薄膜和石墨烯泡沫输出声压中出现的一倍频声压现象,对铜基底石墨烯薄膜和石墨烯泡沫用激光测振仪进行振动加速度测试,分析一倍频声压产生的原因,并研究输入电压幅值和频率对一倍频声压的影响。实验结果表明,铜基底石墨烯薄膜和石墨烯泡沫的一倍频声压产生与石墨烯发声器的通电振动有关,在低频低压下,铜基底石墨烯薄膜和石墨烯泡沫发声器输出的一倍频的声压较小,随着输入电压幅度和频率的升高,一倍频的声压随之增大。(3)从传热学的角度出发,阐述了通电时石墨烯薄膜的传热过程,建立了石墨烯薄膜的传热模型,然后计算出石墨烯薄膜的温度振荡、瞬态温升和表面稳态温度分布,并通过实验验证理论模型的正确性。研究结果表明,石墨烯薄膜的表面温度振荡频率是输入电信号频率的两倍。空气对流和基底传热消耗了热声效应中产生的大量热量,因此石墨烯薄膜的发声效率并不高。石墨烯薄膜在通入交流电条件下,温度上升一段时间后达到稳态;表面积小的石墨烯薄膜发声器产生的稳态温度较大,石墨烯薄膜表面的稳态温度分布并不均匀,中央的温度最高,向四周递减。

关键词：石墨烯热声效应声压振动加速度传热