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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。
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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
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题
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