磁致伸缩超声换能器及其声场的理论与实验研究

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基于热声制冷设备所具有的诸多优秀特性,越来越多的科研人员投入到这一领域的研究当中,尤其是对于集成微电子电路散热的问题,研究的方向包括如何能够提高制冷效率从而进一步实现设备的微型化以及解决热声热机设备中可能出现的实际问题。  本文依据系统耦合匹配的重要性与必要性,对换能器系统阻抗匹配与机电耦合性能进行分析。根据两种电路匹配方式的特点,选用串联谐振的方式匹配电路。运用等效电路的方法,将机械系统部件转化为电学元件或简单电路,再将各部件的等效电路串联或并联,由此得到整个换能器的等效电路。根据电路转化表达式可以看出,各部件阻抗均只与部件的材料参数与几何形状有关。所以,在满足整个等效电路阻抗虚部为零的条件下,确定各部件材料与几何尺寸参数,完成换能器整体设计。  根据实验平台所要达到的实际工作情况和实际输出的工作频率、功率,完成换能器交感线圈的设计,并由此计算实际线圈的磁场强度与线圈感抗,分析线圈品质因数和分布电容、磁饱和等性能,并由此对实际线圈进行适当修改。根据磁致伸缩棒的共振频率进行分析,选择合适的磁棒尺寸,并对磁棒中的磁场分压和涡流发热情况进行理论与实验分析。通过对不同颗粒大小、胶重比与成型温度等参量对粉末粘接磁致伸缩棒磁伸系数、涡流发热情况的影响、推动辐射板振幅情况进行对比,选择磁棒材料参数。确定合适的回热器结构与材料和气体介质。  基于三大基本方程与状态方程,对管中声波与温度耦合振荡进行分析,确定流体介质参量与温度变化关系。对目前主要研究的行波、驻波式热声热机,对行、驻波声场进行对比分析,阐明在实际热声设备的多孔道回热器结构中,出现热声效应的主要原因是存在传热滞后的现象。对比等长度行波与驻波实验管中声压情况,在驻波管中得到较为理想的近似驻波声场;在行波管中声压幅值较小,认为主要原因是行波P型管路声抗值较大,阻碍了管路中声功的输入。  最后对本论文内容进行总结,并且列举了几点研究成果,通过对实验平台的实际操作,基于实际实验数据,说明以上结论。
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