驻波热声压电发动机的高保真模拟
流体动力学
2016-11-03 v3 计算物理
摘要
我们受 Smoker 等人 (2012) 实验工作的启发，对一个完整的驻波热声压电 (TAP) 发动机模型进行了分辨壁面的非结构全可压缩 Navier--Stokes 模拟。该模型为轴对称，包含一个长 51 cm 的谐振腔，分为两段：包围热声堆的小直径段，以及由调谐到热声放大模态 (388 Hz) 的压电膜片封口的大直径段。该膜片采用多振荡器宽带时域阻抗边界条件 (TDIBCs) 建模，比单振荡器近似提供更高保真度。首先进行无能量提取直至极限环的模拟。观测到的增长率被证明是网格收敛的，并基于 Rott 理论的数值动力学模型进行了验证。后者基于交错网格方法，并允许在截面积突变段中压力和速度导数的跳跃条件以及线性化次要损失的包含。还找到了使增长率最大的热声堆几何。在极限环处，观测到热声热泄漏和频率偏移，与实验一致。激活压电膜片后，获得了稳态声能提取和降低的压力振幅极限环。在线性动力学模型和非线性模拟的支持下，给出了极限环声能收支的启发式闭合。所开发的高保真模拟框架准确预测了热-声与声-机械能转换（通过 TDIBCs），为先进热声发动机的设计与优化提供了新范式。
引用
@article{arxiv.1510.01358,
title = {High-fidelity simulation of a standing-wave thermoacoustic-piezoelectric engine},
author = {Jeffrey Lin and Carlo Scalo and Lambertus Hesselink},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.01358},
year = {2016}
}