本文通过总结热泵系统的研究进展和应用现状，分析制约热泵系统发展的主要问题，希望通过热声学理论与热声制冷机相关技术，采用理论与实验相结合的方法，通过计算、设计和优化，建立一个全新的热泵系统:双作用行波热声热泵实验系统。论文主要完成的工作与结论如下:　　1)热声热泵系统基本工作原理研究　　从质量、动量和能量守恒方程出发，建立线性热声学的基本方程组，并获得声功流、热流和总能流的能量方程;分别对热泵单元的主要功能部件的结构参数进行计算、分析与优化;得到各部件对热泵性能的影响情况以及各部件内结构参数对该部件工作性能的影响:其中回热器内丝网填充后的孔隙率和回热器整体长度对热泵系统运行性能起到决定性的作用;而换热器内管束或翅片的结构参数与排布方式将直接影响其换热效果。　　2)热声热泵理论模型建立与设计优化　　为避免由于直线电机与制冷机的强耦合作用将会在环路中产生不可逆的不一致性，本文仅针对一台单元热声热泵进行其工作机理研究。首先使用500W直线电机建立了百瓦级电驱动单元行波热声热泵系统计算模型，通过DeltaEC软件计算预测该单元系统主要运行参数变化对热泵性能的影响，获得该系统运行的最佳频率在80～85Hz范围内;随后考察在高输入功率条件下热泵单元换热性能及内部流动情况，又使用5kW双作用直线电机设计了千瓦级电驱动热声热泵系统。计算与实验对比结果表明在对热泵进出口体积流率相位差以及系统泵热量的计算方面，模拟结果与实验情况符合度高，声功流的计算受到实际系统热损失的影响略有偏差但也在误差范围之内，基本验证了计算模型的可信度。　　3)百瓦级电驱动单元行波热声热泵实验系统　　使用500W直线电机组搭建了百瓦级电驱动单元行波热声热泵实验系统，并着重针对低环温工况开展实验。其中，当工作频率84.6Hz，平均压力4MPa时，在环境温度-20℃，泵热温度50℃的工况下，单元热泵系统泵热量为260W，最大制热系数COPh可达到2.36;且实验可重复性非常好;通过在实验中调节低温换热器环境温度，分别考察该单元热泵在-20℃、-10℃和0℃时的运行情况，实验结果表明:在-20℃时，系统COPh普遍高于2.0;在0℃时，系统COPh大于3.0。　　4)千瓦级电驱动单元行波热声热泵实验系统　　使用5kW双作用直线电机组建立了千瓦级电驱动单元行波热声热泵实验系统，针对运行前期效率低的问题改进了热缓冲管冷端室温换热器工作温度调节方式并进行实验验证。在相同运行条件下，无负荷低温换热器温度从改进前-20℃左右下降至-40℃左右，同时系统运行可重复性较好;其中，当工作频率52Hz，平均压力5.5MPa时，在环境温度-20℃，泵热温度50℃的工况下，单元热泵系统泵热量为1600W，制热系数COPh达到2.0;同时，对高温热泵系统性能进行了初步实验研究，系统在泵热温度100℃，环境温度50℃时，制热系数COPh为1.8。　　5)大功率电驱动行波热声热泵系统优化　　使用5kW双作用直线电机组作为驱动电机，通过调节电机可调参数，如背腔容积，以及其工作工况，重新计算设计了一套大功率热泵单元。在直线电机额定功率下，当工作频率67.5Hz，平均压力10MPa时，该热泵在环境温度-20℃，泵热温度50℃时，可获得5kW泵热量，COPh接近2.0。此时热泵进出口体积流率的理想相位差为-90°，在实际环路系统中可采用四单元连接实现。