[發明專利]一種聲諧振器,產生聲諧振的方法,及一種熱交換系統

無效

• 申請號: 00118306.0
• 申請日: 1993-05-11
• 公開（公告）號: CN1299046A
• 公開（公告）日: 2001-06-13
• 發明（設計）人: 泰姆斯·S·璐卡斯
• 申請（專利權）人: 馬克羅索尼克斯公司
• 主分類號: G01K11/02
• 分類號: G01K11/02;F04F7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 楊國旭

本申請是第93105667.5號中國專利申請的分案申請。

本發明與一種在一個聲諧振腔內產生接近線性強聲波的聲諧振器有關，這種聲諧振器專門用于各種聲共振壓縮機。

本發明者的早期美國專利5,020,977致力于一種應用聲學原理進行壓縮的壓縮蒸發致冷系統的壓縮機。這種壓縮機是由一個具有一個內含流體致冷劑的諧振腔駐波壓縮機構成的。壓腔內的致冷劑中產生一個行波，而這個行波在腔內的致冷劑中轉換成一個駐波，使致冷劑受到壓縮。

到目前為止，線性聲學的領域主要限于聲壓振幅較小的情況。如果聲壓振幅與平均流體壓力相比較大，凡會產生非線性問題。在這些條件下，一個純正弦波通常將發展成一個沖擊波。

由于壓力變化幅度大而引起的聲速的空間變化會使壓力陡峭，從而發展成沖擊波。在傳播期間，一個有限波的壓力波峰的熱力學狀態與其壓力波谷的熱力學狀態是頗為不同的，因此沿波傳播方向的聲速不同。結果是，壓力波峰趕上壓力波谷，發展成一個沖擊波。

在自由空間、波導和聲共振器內傳播的波都能形成沖擊波。下面這些出版物對在各種聲共振器內的沖擊波形成進行了研究。

Temkin導出了一種計算在活塞激勵的筒形共振器內不形成沖擊波的聲壓振幅極限的方法(見Samuel?Temkin,“Propa-gation?and?standing?sawlooth?waves”,(J.Acoust.Soc.Am.45,224(1969))。他首先假設在一個共振器中有左行和右行的兩個沖擊波，然后得這兩個沖擊波所引起的熵增量。將這個熵損耗代入能量平衡方程，解出作為激勵器位移函數的極限聲壓振幅。Temkin的理論與有限振幅的行波和駐波的實驗都非常符合。

Craikshank對在活塞激勵筒形共振器內有限振幅聲振蕩的理論和實驗作了比較(見D.B.C?Cruikshank,“Experimentalinvestigation?of?finite-amplitude?acoustic?oscillations?in?a?closedtube”,J.Acoust.Soc.Am.52,1024(1972))。Cruikshank實驗證明，實驗產生的沖擊波與理論上的十分符合。

與大量文獻一樣，Temkin和Cruikshank的著作都假定活塞激勵筒形共振器具有恒定橫截面(CCS)面積，筒的終端與活塞面平行。CCS共振器具有頻率上與波的諧波一致的諧振模，因此沖擊波的形成不受限制。雖然在Temkin和Cruikshank的文章中沒有說明，但它們在他們的解中都隱含地作了鋸齒形沖擊波的假設，然而這個假設只是對CCS共振器才是合理的。

對于具有非諧振模的共振器來說，就不能再用鋸齒形沖擊波的簡單假設。這是由Weiner指出的，他提出了一種逼近方法，計算在共振器內不形成沖擊波的極限聲壓振幅(見Stephen?Weiner,“Standing?sound?waves?of?finite?amplitade”,J.Acoust.Soc.Am40,240(1966))。Weiner首先假定有一個沖擊波，然后計算各諧波對基波所做的功。將這個功代入到一個能量平衡方程，解出作為激勵器位移函數的極限聲壓振幅。

Weiner還進一步證明，衰減偶次諧波將能得到一個較高的基波聲壓振幅極限。作為一個能衰減偶次諧波的共振器的例子，他例舉了一個用于固體燃料燃燒研究的一稱為“T燃燒室”的T形腔。這個T燃燒室起著一個中央有一個通孔的熱激勵1/2波長共振器的作用。每個偶次模在這個通孔處都將有一個聲壓波腹，因此都受到了能量通過這個通孔幅射那樣形式的衰減。Weiner除了衰減以外沒有提出其它建議來消除諧波。衰減也就是能量的耗散，因此對于能量效率來說，這并不是所希望的。