一种声谐振器,产生声谐振的方法,及一种热交换系统技术方案

一种声共振包括一个内含流体的共振腔，共振腔的几何形状能促使流体内的至少一个谐波产生自相消干涉，从而避免了在有限声压振幅下形成冲击波。共振腔在其两个端部都有反射终端，或只在一端有反射终端。激励装置使共振腔以该腔的一个选定的共振模频率进行机械振荡。激励装置可以是一个接到共振腔敞开端的运动活塞、一个电磁振动器、或是一个电磁激励器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,产生声谐振的方法,及一种热交换系统的制作方法本申请是第93105667.5号中国专利申请的分案申请。本专利技术与一种在一个声谐振腔内产生接近线性强声波的声谐振器有关，这种声谐振器专门用于各种声共振压缩机。本专利技术者的早期美国专利5,020,977致力于一种应用声学原理进行压缩的压缩蒸发致冷系统的压缩机。这种压缩机是由一个具有一个内含流体致冷剂的谐振腔驻波压缩机构成的。压腔内的致冷剂中产生一个行波，而这个行波在腔内的致冷剂中转换成一个驻波，使致冷剂受到压缩。到目前为止，线性声学的领域主要限于声压振幅较小的情况。如果声压振幅与平均流体压力相比较大，凡会产生非线性问题。在这些条件下，一个纯正弦波通常将发展成一个冲击波。由于压力变化幅度大而引起的声速的空间变化会使压力陡峭，从而发展成冲击波。在传播期间，一个有限波的压力波峰的热力学状态与其压力波谷的热力学状态是颇为不同的，因此沿波传播方向的声速不同。结果是，压力波峰赶上压力波谷，发展成一个冲击波。在自由空间、波导和声共振器内传播的波都能形成冲击波。下面这些出版物对在各种声共振器内的冲击波形成进行了研究。Temkin导出了一种计算在活塞激励的筒形共振器内不形成冲击波的声压振幅极限的方法(见Samuel Temkin,“Propa-gation and standing sawlooth waves”,(J.Acoust.Soc.Am.45,224(1969))。他首先假设在一个共振器中有左行和右行的两个冲击波，然后得这两个冲击波所引起的熵增量。将这个熵损耗代入能量平衡方程，解出作为激励器位移函数的极限声压振幅。Temkin的理论与有限振幅的行波和驻波的实验都非常符合。Craikshank对在活塞激励筒形共振器内有限振幅声振荡的理论和实验作了比较(见D.B.C Cruikshank,“Experimentalinvestigation of finite-amplitude acoustic oscillations in a closedtube”,J.Acoust.Soc.Am.52,1024(1972))。Cruikshank实验证明，实验产生的冲击波与理论上的十分符合。与大量文献一样，Temkin和Cruikshank的著作都假定活塞激励筒形共振器具有恒定横截面(CCS)面积，筒的终端与活塞面平行。CCS共振器具有频率上与波的谐波一致的谐振模，因此冲击波的形成不受限制。虽然在Temkin和Cruikshank的文章中没有说明，但它们在他们的解中都隐含地作了锯齿形冲击波的假设，然而这个假设只是对CCS共振器才是合理的。对于具有非谐振模的共振器来说，就不能再用锯齿形冲击波的简单假设。这是由Weiner指出的，他提出了一种逼近方法，计算在共振器内不形成冲击波的极限声压振幅(见Stephen Weiner,“Standing sound waves of finite amplitade”,J.Acoust.Soc.Am40,240(1966))。Weiner首先假定有一个冲击波，然后计算各谐波对基波所做的功。将这个功代入到一个能量平衡方程，解出作为激励器位移函数的极限声压振幅。Weiner还进一步证明，衰减偶次谐波将能得到一个较高的基波声压振幅极限。作为一个能衰减偶次谐波的共振器的例子，他例举了一个用于固体燃料燃烧研究的一称为“T燃烧室”的T形腔。这个T燃烧室起着一个中央有一个通孔的热激励1/2波长共振器的作用。每个偶次模在这个通孔处都将有一个声压波腹，因此都受到了能量通过这个通孔幅射那样形式的衰减。Weiner除了衰减以外没有提出其它建议来消除谐波。衰减也就是能量的耗散，因此对于能量效率来说，这并不是所希望的。在气体燃烧加热的文献中可以进一步发现一些谐波衰减方案的例子(例如见Abbort A.Putnam,“Combustiom-Driven Oscil-lations in Industry(American Elsevier Publishing Co.,1971))。在一般的采用衰减型方案的噪声控制领域能找到另外一些例子，因为在这些应用中能量损耗并不重要。Obest在其著作中提供了一个值得注意的不同途径，他希望产生高强度的声音来校验话筒(见Her-mann Oberst,“A method for the production of extramelypowrful standing soundwaves in air”,Akust.Z.5,27(1940))。Oberst发现，用具有非谐波共振模的共振器可以减小有限振幅波的谐波分量。他的共振器是由两根不同直径的相连管子构成的，较小的那根端部封闭，而较大的那根则保持敞开。共振器的敞开端受旋转着的开口盘调制的空气射流激励。采用了这种结构，Oberst以0.02巴的激励压力振幅产生了高达0.10巴的共振压力振幅，对基波的增益为5。共振器将具有30％误差(即偏离正弦)的激励波形变换成一个仅有5％误差的波形。然而，Oberst预计，如果施加更高的声功率，非线性畸变就会十分明显。其实，即使是共振声压振幅只有0.005巴，用肉眼也能观察到Oberst的波形中的谐波分量。Obers认为，由于共振器模与波的谐波不相符，因此对这些有限振幅波会产生这样的响应。然而，对共振器和波的谐波之间的相互作用并没有确切加以说明。看来，Oberst的看法是，共振波的谱密度的压缩就是因为达到激励波形各谐波的Q放大量较小的缘故。这个解释只对于Oberst得到的适度的压力振幅才是可信的。Oberst没有指明或提示他的方法可能产生超过他所达到的线性声压振幅，他对进一步优化也不能抱有希望。相反，Oberst指出，声压振幅再大一些的话，非线性会占优势。声共振器中另一个非线性源是在高速情况下能发生的边界层湍流。Merkli和Thomann通过实验证明了在有限声压振幅的情况下存在一个振荡着的片流变为湍流的临界点(见P.Merkli,H.Thomann,“Transition fo tarbulence in oscillating pipe flow”,J.Fluid Mech.,68,567(1975))。他们的研究也是以CCS共振器完成的。总的来看，有限共振声学文献似乎预言流体的固有非线性终将支配任何的共振系统，而与共振器所施加的边界条件无关。文献所预计的这些极限远低于本专利技术所达到的实际性能。因此，就需要有能高效率产生非常大的无冲击声压振幅的产品，作为在本专利技术者的美国专利5,020,977中揭示的那种蒸汽压缩热传导条件的气体压缩装置。此外，在声学领域中的许多其它应用，例如热声型热机等，也能从产生大振幅正弦波形的技术中有所得益。本专利技术的一个目的是提供通过促使一个波的谐波相消自相干来消除冲击波形成的声共振器，从而能得到接近线性的大振幅声压。本专利技术的另一个目的是提供使由有限振幅声边界层湍流引起的非线性能量耗散为最小的声共振器。本专利技术的第三个目的是提供使边界粘滞能量耗散和边界热耗散为最小的声共振器。本专利技术的第四个目的是提供一种用来获得大声压振幅的声激励装置。本专利技术的第五个目的是提供一种能在受到具有丰富谐波的波形激励时仍保持接近正弦的声压振荡的声共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声共振器激励系统，所述激励系统包括：一个内含流体的共振腔，该腔具有各带反射终端的两个端部；其特征是该系统还包括：一个激励装置，该装置沿所述腔的一个轴使所述共振腔机械振荡以激发该腔的一个选定的声谐振模。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰姆斯S璐卡斯，
申请(专利权)人：马克罗索尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]