［摘要］Rijke管型脈動燃燒器具有燃燒效率高、傳熱效率高、污染小等獨特優(yōu)勢，因此，在鍋爐和航空領域引起了廣泛的關注。但是Rijke管的起振機理和自激振蕩過程的控制十分復雜，使得起振溫度的計算十分困難。文章根據(jù)文獻中對Rijke管振蕩機理的解釋，經過進一步的推導和近似處理，得到了Rijke管起振溫度表達式。結果表明起振溫度隨流量的改變有一最大值，而且Rijke管內流量只有滿足一定條件時才能產生振蕩。這對研究Rijke管型脈動燃燒器，以及熱聲熱機的起振特性具有重要的理論和實用價值。

［關鍵詞］Rijke管型脈動燃燒器；熱聲效應；起振溫度

［作者簡介］楚攀，中國能源建設集團廣東省電力設計研究院工程師，博士，研究方向：電力工程勘探設計，廣東廣州，510663

［中圖分類號］ TK223 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）08-0028-0004

自發(fā)現(xiàn)熱聲現(xiàn)象200多年以來，熱聲振蕩的機理一直是人們在探索的基本問題。1887年，Rayleigh首先對熱聲效應進行了定性的解釋[1]。他指出：在聲波傳遞介質中，如果在其稠密的時候向其提供熱量，而在其稀疏的時候從其中提取熱量，則聲振動會加強，反之，則聲波會得到衰減，這被稱為Rayleigh準則。但是，Rayleigh準則只是解釋了如何維持熱聲振蕩，對熱聲自激振蕩的詳細過程沒有給出解釋。

后來Rott[2]和Swift[3][4]等人經過對熱聲現(xiàn)象的定量分析，提出了“臨界溫度梯度”。1998年，Zhou等人發(fā)現(xiàn)了熱聲發(fā)動機的起振溫度總是低于起振溫度[5]。接下來，Chen等人在此基礎上，進一步揭示了熱聲振蕩“滯后回路”現(xiàn)象[6]。2007年， He等人經過詳細的實驗研究，進一步證實了這種滯后回路現(xiàn)象，并且還發(fā)現(xiàn)了“二次起振現(xiàn)象”[7]。2006年，Qiu等人還發(fā)現(xiàn)采用充放氣的方式，可以大大降低系統(tǒng)的起振溫度和消振溫度[8]。熱聲振蕩現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)大大推進了對熱聲起振機理的認識，但是熱聲自激振蕩屬于強烈的非線性問題，對起振溫度的決定因素仍需要做進一步的研究。

劉繼平等人通過研究氣體的密度和動力粘度隨溫度的變化，發(fā)現(xiàn)了管內加熱的氣體流動會出現(xiàn)奇異性[9]。并通過考察壓損與流量關系，發(fā)現(xiàn)在一定的流動和換熱條件下，壓損流量特性曲線存在兩個極值，當流量在這兩個極值之間時，壓損對流量的導數(shù)為負，這將產生不穩(wěn)定性，從而導致Rijke管內發(fā)生振蕩，對熱聲振蕩機理做了新的解釋[10]。后來，邱利民等人在此基礎上，進一步解釋了熱聲系統(tǒng)的起振機理[11]。根據(jù)以上解釋，本文通過進一步的理論推導和近似處理，對Rijke管的起振溫度進行研究，得到Rijke管起振溫度表達式，為Rijke管型脈動燃燒器自激振蕩過程的控制和起振溫度的計算提供參考。

二、起振溫度

三、結果與分析

四、結論

本文根據(jù)文獻中對Rijke管振蕩機理的解釋，經過進一步的推導，得到了Rijke管起振溫度的表達式，起振溫度隨流量M/Mc的改變有一最大值，同時起振溫度還隨氣體粘度和導熱系數(shù)的冪指數(shù)的增大而減少。并發(fā)現(xiàn)Rijke管產生熱聲振蕩，流量M/Mc必須滿足一定的條件，只有當M/Mc值在一定范圍內，Rijke管才有可能起振。

［參考文獻］

［1］Rayleigh JWS. The Theory of Sound,2rev Edition［M］.UK:Dover Publications, 1945.

［2］Rott N T. Thermoacoustics.Advances in Applied Mechanics, 1980, 20: 135.

［3］Swift G W. Thermoacoustic engines.J Acoust Soc Am, 1988, 84: 1145.

［4］Swift G W. Analysis and performance of a large thermoacoustic prime mover. Cryogenics, 1992.

［5］Zhou SL, Matsubara Y. Experimental research of thermoacoustic prime mover［J］.Cryogenics, 1998, 38: 813-822.

［6］Chen GB, Jin T. Experimental investigation on the onset and damping behavior of the oscillation in a thermoacoustic prime mover［J］.Cryogenics, 1999, 39.

［7］劉迎文,何雅玲,沈超,等.熱聲系統(tǒng)中振蕩滯后特性的試驗研究［J］.工程熱物理學報, 2007, 28 (3).

［8］Qiu LM, Sun DM, Tan YX, et al. Effect of pressure disturbance on onset processes in thermoacoustic engine［J］.Energy Conversion and Management, 2006, 47.

［9］劉繼平,嚴俊杰,邢秦安,等.管內受熱氣體層流流動熱不穩(wěn)定性理論研究［J］.工程熱物理學報,1998，19（6）.

［10］劉繼平,嚴俊杰,林萬超,等. Rijke管內熱聲振蕩機理的一種新解釋［J］.西安交通大學學報,2001，35（3）.

［11］歐陽錄春,邱利民,張武,等.熱聲系統(tǒng)起振機理的初步研究［J］.低溫工程,2002,（5）.

［12］童景山,李敬.流體熱物理性質的計算［M］.北京：清華大學出版社,1982.