微型熱聲制冷機(jī)及關(guān)鍵元件的特性研究.pdf

1、微型熱聲制冷機(jī)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(diǎn)，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(jī)的工程化應(yīng)用。本文開展關(guān)于微型熱聲制冷機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)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(jī)實驗樣機(jī)特別是板疊部分進(jìn)行了詳細(xì)的計算，得到了整機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 其次，建立了壓電揚(yáng)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(jìn)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(jī)的冷頭部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，完成實驗樣機(jī)的整機(jī)設(shè)計工作。
　　 然后，采用Fluent 對空諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行相同的參數(shù)設(shè)置，對實驗樣機(jī)進(jìn)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?、回?zé)崞髋c換熱器之間間隙對流場的影響，進(jìn)一步指導(dǎo)和優(yōu)化實驗樣機(jī)的設(shè)計