微型熱聲制冷機及關(guān)鍵元件的特性研究.pdf

1、微型熱聲制冷機具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、無污染、便于與電子芯片封裝等優(yōu)點，在微電子熱量管理中倍受關(guān)注。但是由于頻率升高、物理尺寸減小使得粘性耗散增大，且缺乏合適的聲驅(qū)動器導(dǎo)致無法實現(xiàn)微型熱聲制冷機的工程化應(yīng)用。本文開展關(guān)于微型熱聲制冷機的理論和實驗研究，基于熱聲線性理論和熱動力學(xué)網(wǎng)絡(luò)方法，研制了適于微型熱聲制冷機的設(shè)計計算和優(yōu)化分析仿真軟件。在模擬計算的基礎(chǔ)上設(shè)計并建立了一臺微型熱聲制冷機，主要開展了以下幾個方面的工作：
　　 首

2、先，權(quán)衡計算速度和精度，采用Fortran 語言開發(fā)了適于微型熱聲制冷機的設(shè)計計算軟件miniTA和優(yōu)化分析軟件OPTA，并利用自行開發(fā)的軟件對微型熱聲制冷機實驗樣機特別是板疊部分進行了詳細的計算，得到了整機的運行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 其次，建立了壓電揚聲器的振動模型，采用有限元分析軟件Ansys 對壓電片模態(tài)進行分析，得到壓電片位移振幅和諧振頻率。通過數(shù)字電橋和測試電路，測得壓電片和壓電聲驅(qū)動器的阻抗和諧振頻率，建立容積可調(diào)

3、的聲驅(qū)動器結(jié)構(gòu)。同時對微型熱聲制冷機的冷頭部分進行了詳細設(shè)計，完成實驗樣機的整機設(shè)計工作。
　　 然后，采用Fluent 對空諧振腔結(jié)構(gòu)進行聲場模擬，驗證Fluent分析熱聲問題的可行性。通過對不同結(jié)構(gòu)諧振管內(nèi)聲場的對比研究，得到優(yōu)化的諧振管結(jié)構(gòu)。與分析空諧振管進行相同的參數(shù)設(shè)置，對實驗樣機進行了數(shù)值分析，包括系統(tǒng)中的壓力與溫度分布特性、回?zé)崞髦械膲毫蜏囟日袷帯⒒責(zé)崞髋c換熱器之間間隙對流場的影響，進一步指導(dǎo)和優(yōu)化實驗樣機的設(shè)計