熱聲效應是一種熱與(yu) 聲相互轉化的現象。從(cong) 聲學角度來說,它是由於(yu) 處於(yu) 聲場中的固體(ti) 介質與(yu) 振蕩的流體(ti) 之間相互作用,使得距固體(ti) 壁麵一定範圍內(nei) 在聲傳(chuan) 播方向產(chan) 生一個(ge) 時均熱流,並在這個(ge) 區域內(nei) 產(chan) 生或者吸收聲功的現象。
熱聲效應可分為(wei) 兩(liang) 類:一類用熱能來產(chan) 生聲波,即熱致聲效應;另一類是用聲波來產(chan) 生製冷效應,即聲致冷效應。熱致聲效應很早就被發現了。早在1777年,研究人員就在實驗室中發現,將可燃性氣體(ti) 的火焰放在兩(liang) 端開口的垂直管的適當位置,管中會(hui) 激發出聲音。與(yu) 熱致聲效應的發現相比,聲致冷效應的發現僅(jin) 有幾十年的曆史。1975年,研究人員發現:在往複運動活塞激勵的一端封閉的駐波諧振管中,其中間區域存在溫度下降,而兩(liang) 端溫度升高的現象,這就是聲致冷效應的發現。
近些年來,科技不斷發展,研究人員已經根據熱聲效應研究出了熱聲製冷機、熱聲發動機等設備。其中有一種用於(yu) 液化天然氣的高效1千瓦級行波熱聲製冷機,加熱溫度923開爾文,加壓氦氣7兆帕,可獲得1.17千瓦的冷卻功率和14.95%的總火用效率,對加熱溫度和平均壓力對係統性能的影響進行了仿真,而且結果表明,在110開爾文時,係統總(火用)效率為(wei) 14.95%,冷卻能力為(wei) 1170瓦。
除此之外,隨著熱聲理論的發展,熱聲機械逐漸被應用於(yu) 各個(ge) 行業(ye) 。建築火災發生時,由於(yu) 火焰向上蔓延,在頂棚形成高溫煙氣層,這樣的高溫可以激發熱聲裝置發出報警聲信號,實現無源報警。因此,熱聲轟燃報警器是火災報警器的最新發展方向之一。雖然熱聲裝置維護成本低,有較為(wei) 小巧緊湊的幾何結構,是出色的消防警報裝置,但是由於(yu) 裝置的裝配以及換熱問題,研究人員對熱聲裝置的應用研究隻停在初始階段,如果能設計出良好的可應用於(yu) 消防方麵的熱聲報警裝置,將對保證人民財產(chan) 安全有著非常重大的意義(yi) 。
其實,熱聲技術簡單、環保、節能高效,其應用相當豐(feng) 富,熱聲能量轉換技術將會(hui) 給包括製冷工業(ye) 在內(nei) 的整個(ge) 能源工業(ye) 帶來很大的影響,因為(wei) 它的特性是當今時代的需要。
本文由石家莊槁城區興(xing) 安鎮中學高級教師崔會(hui) 欣進行科學性把關(guan) 。
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