摘要
热声制冷机是一种绿色环保、结构简单的新型制冷装置，符合新能源多元化的发展趋势，是未来微电子元器件、微型医疗器械等装置散热、冷却的研究热点。热声制冷机是基于热声效应原理实现热量搬移的制冷设备，但目前主要存在制冷效率低、制冷量不足等问题，已有的研究表明，声场强度（声压）越高、质点位移越大，制冷效率越高，制冷效果越好，要提高热声制冷机制冷效率，就需要有强烈的气体交变流动，而以往的声驱动器存在振幅过小，驱动力不足等问题，提供的声能无法满足工质气体强烈的交变流动，进而不能满足制冷机对温降的需求。因此，针对这一问题，本文进行了以下研究工作： （1）提出用气柱的活塞模态振动代替驻波振动这一思想，用气柱的活塞模态振动代替驻波振动可以提高谐振腔内气柱的纵向振幅，进而提高谐振腔内工质气体交变流动的强度，而气柱的活塞模态振动具有与驻波相同的性质，都是纵向振动有稳定的速度节点与压力节点，和其他声驱动器热声制冷机一样，只要有相同的气体工质，把板叠放到适当的压力波腹与与速度波腹之间就可以实现热量搬移，进而实现更高效的制冷效率。 （2）本文利用高速电机带动曲柄滑块机构推动振动薄板可以实现高频、大振幅的振动，进而可实现热声制冷机内工质气体强烈交变流动这一思想，设计了一款高频、大振幅的活塞式声驱动器，满足了热声制冷机对强力声源的需求。 （3）运用仿真软件ANSYS对长600mm，直径100mm，壁厚5mm谐振腔内的气柱进行了自由模态分析，找出最佳激励频率，使谐振谐振腔内的声压幅值增大，提高热声转换效率，为后续的实验研究提供了基础。 （4）对制冷机中一些关键热声元件进行了优化设计，并搭建了热声制冷机实验装置。根据仿真结果对热声制冷机谐振腔内的声场强度、制冷效果进行了实验研究。包括不同工况下对谐振腔轴向各个位置的声压值影响，以及不同条件对热声堆两端的温差的影响，实验结果验证了用气柱的活塞模态振动代替驻波振动在基频的驱动下的确可以提高制冷机谐振腔内的声场强度，有利于提高制冷机的制冷效果。
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