驻波热声发动机板叠处泰勒-瑞丽不稳定性的数值模拟

【作者】 马林； 严红；

【机构】 西北工业大学动力与能源学院航空流体机械系；

【摘要】 驻波热声发动机是一种将热能转化为声能的新型环保无污染的机械装置,通常是由一根长的谐振管组成,管的一端封闭,另一端连接负载,内部充满静止加压的惰性气体。在谐振管内部有两个被板叠所隔开的换热器:热端换热器和冷端换热器。如果我们给热端换热器加热使其释放热量,给冷端换热器降温使其吸收热量,就会在两个换热器之间的板叠区域产生一个温度梯度,当这个温度梯度足够大的时候,就会使谐振管内部的惰性气体产生自激振动,并逐渐增强,最终产生稳定输出的声功,实现热能到声能的转化。文章基于多尺度混合模型,将驻波热声发动机分成两个部分:谐振管和由板叠、换热器等组成的核心部分。谐振管内采用一维无粘声波模型,核心部分采用二维低马赫数模型,两部分通过奇点摄动法进行耦合。该模型可以对驻波热声发动机从起振到稳定饱和状态进行数值模拟研究。当发动机运行至稳定饱和状态时,在板叠和换热器连接部分,因为气体温度的变化导致气体密度不同而引发明显的泰勒-瑞丽不稳定性出现。数值模拟结果显示了不同尺寸发动机内不稳定性的发展演化和特征,并对其进行了定性与定量的分析。更多还原