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热声技术是一种节能环保、可靠性高并具有很大发展潜力的技术。热声技术要实现工程化应用,需要我们对影响热声热机性能的非线性现象有更为深刻的认识。热声系统中,管道突变截面引起的局部损失会对系统性能产生不利影响,这种局部损失是目前线性热声理论无法准确预测和描述的,为了对热声热机性能的提高提供依据,迫切需要对这类交变流动中的复杂流动现象进行系统研究。为此,本文展开以下研究工作:
1,从弱非线性热声理论出发,给出交变流动中突变截面阻力系数的定义及考察方法。
2,基于计算流体力学方法,在小扰动情况下,利用商用CFD软件Fluent,分别对等直径圆管和突变截面圆管进行了数值模拟,将数值模拟结果和线性理论计算结果作对比,二者吻合程度较好,验证了在小扰动情况下CFD计算结果的可靠性。
3,利用粒子成像测速仪对交变流动下突变截面流场进行考察,获得了对交变流动下突变截面流道流动特性的认识。利用CFD方法对实验工况进行了数值模拟,并将二者结果进行初步对比,证明对于非线性效应比较明显的突变截面流场情况,CFD模拟结果具备较高的可靠性。
4,基于CFD方法,建立了有效的考察交变流动下突变截面局部损失的计算模型,通过对一阶波动量力的平衡性检验,验证CFD计算结果的可靠性。在保证数值计算可靠性的基础上,从决定阻力系数f的四个无量刚参数入手,系统考察了各参数对阻力特性的影响。获得计算阻力系数幅值的经验公式。