提高面向熱聲效應(yīng)的磁致伸縮換能器聲場聲壓的方法研究.pdf

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文論文題目論文題目：提高面向熱聲效應(yīng)的磁致伸縮換能器聲場聲壓的方法研究英文題目英文題目：Researchonimprovingacousticpressureofmagostrictivetransducerfthermoacousticeffect學(xué)位類學(xué)位類別：工學(xué)碩士研究生姓研究生姓名：晉康學(xué)號學(xué)號：2014023119學(xué)科學(xué)科(領(lǐng)域領(lǐng)域)名稱名稱：機械制造及其自動化指導(dǎo)教指導(dǎo)教師：

2、汪建新職稱職稱：教授2017年6月8日分類號：分類號：TB52TB52密級：級：公開公開UDC：學(xué)校代碼：學(xué)校代碼：1012710127公開公開內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要熱聲制冷機是利用聲音能量搬移熱量的新型裝置。相較與傳統(tǒng)的制冷設(shè)備，其具有結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定可靠、壽命長、對環(huán)境安全無害等優(yōu)點。在航空航天、低溫電子、超導(dǎo)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了十分廣闊的應(yīng)用前景。由熱聲效應(yīng)的原理可知，有效提高制冷機諧振腔內(nèi)的聲壓值可以獲得更好的制冷效果。而

3、諧振腔內(nèi)聲壓值的大小取決于與之相配合的換能器的輻射板位移大小。故找到提高換能器輻射板位移大小的方法是增強熱聲機制冷效果的有效途徑，且熱聲機的制冷效果可以通過諧振腔內(nèi)聲壓值的大小來衡量。本文的研究工作從以下幾個方面展開以找到提高諧振腔內(nèi)聲壓值的方法。首先，利用磁致伸縮換能器內(nèi)TD材料棒磁致應(yīng)變量大、驅(qū)動電壓低、機電耦合系數(shù)高及響應(yīng)速度快等優(yōu)點，結(jié)合其獨特的E?及階躍效應(yīng)，利用有限元軟件ATILA對處于不同邊界條件下的磁棒進行模態(tài)分析和施加

4、了多匝線圈磁場激勵的諧響應(yīng)分析，并且得到了“線圈激勵頻率磁棒端面位移輸出”曲線。發(fā)現(xiàn)磁棒端面的位移最大值出現(xiàn)在其一階縱向振動固有模態(tài)對應(yīng)頻率周圍。進而得出了可以通過調(diào)節(jié)TD材料棒的邊界條件使換能器在期望頻率上獲得大位移輸出的結(jié)論。其次，建立了磁致伸縮換能器驅(qū)動諧振腔產(chǎn)生聲壓的有限元模型。同時進行了換能器內(nèi)TD材料棒的磁機耦合和諧振腔氣體與換能器輻射板的氣固耦合分析。在對多匝線圈施加交變電流的情況下，得到了諧振腔內(nèi)的聲壓值。此模型采用的電

5、流激勵優(yōu)于直接對諧振腔施加位移與壓力激勵，可以直接指導(dǎo)后續(xù)實驗驗證和優(yōu)化工作。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著激勵電流頻率的升高，換能器輻射板位移值也逐漸增大，同時諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定駐波時的聲壓值也隨之增大。即輻射板位移值的增大可以有效的提高諧振腔內(nèi)的駐波波幅的聲壓值大小。但提高輻射板位移需要驅(qū)動頻率的升高，這會同時影響到諧振腔內(nèi)駐波波形的形成。所以需要綜合考慮輻射板位移大小與諧振腔內(nèi)氣體波形情況來確定換能器的驅(qū)動頻率。最后，研究了諧振腔內(nèi)加載基礎(chǔ)聲壓