陈 茂 巨永林

(上海交通大学制冷与低温工程研究所 上海 200240)

温室效应和臭氧层破坏成为全球性问题，寻找高效、对环境友好的热机成为迫切的需求[1]，在过去的三十年里，热声学成为该领域探究的重点之一。以热声效应为基础的热声机械，无运动部件，使用低品位热源，用氮气或氦气作为工质，具有可靠性和稳定性高，可实现废热再利用及环保等优点，因此应用前景十分广阔。从声学角度讲，热声效应是由于声场中的固体介质与振荡流体之间的相互作用，使得距固体壁面一定范围内产生沿着或逆着声传播方向的时均热流和时均功流[2]。按能量转换方向的不同，热声效应可分为热能产生声功、声功产生热能两类。前者为热声发动机(亦称热声驱动器或热声压缩机)，后者为热声制冷机或热声热泵。按照热声板叠或回热器所处声场的类型，热声机械又可分为驻波型热声机械和行波型热声机械。

从二十世纪八十年代到二十世纪末，人们在热声方面的关注主要集中在驻波型热声机械上[3-8]。驻波中压力与速度的相位差接近90°，驻波发动机只能依靠不可逆的传热过程来实现热向声功的转换，限制了驻波发动机的效率。而行波中压力与速度的相位一致，回热器中发生的是类似Stirling热机的热力循环，本征可逆使得行波发动机理论上能达到卡诺循环的效率[9]。驻波热机的研究较行波热机的研究要早，理论上相对成熟，但由于行波发动机内在可逆的优势，目前很多研究单位已逐渐把行波热机作为研究的重点。……