考虑体积黏度效应的超声波驻波热声发动机高保真模拟
流体动力学
2017-02-03 v1
摘要
我们对一个超声波驻波热声发动机(TAE)模型进行了边界层分辨的非结构全可压缩纳维-斯托克斯模拟。该模型构建为四分之一波长发动机，尺寸约4 mm × 4 mm，工作频率25 kHz，包含热声叠堆和硬币形腔体，其设计受Flitcroft和Symko (2013)启发。热边界层和黏性边界层(量级10 m)被分辨。振动和转动分子弛豫通过修正黏性应力张量的有效体积黏度系数来建模。有效体积黏度系数由理论和半经验衰减曲线之间的差异估算。对有效体积黏度系数的贡献可辨识为来自振动和转动分子弛豫。该系数的引入捕捉了从次声(~10 Hz)到超声(~100 kHz)频率的声吸收。体积黏度的值取决于压力、温度和频率，以及工作流体的相对湿度。TAE的模拟进行到极限环，增长率和极限环振幅随体积黏度大小非单调变化，在相对湿度5%时达到最大。我们开发了相应的含次要损失的线性模型；该线性模型过高预测瞬态增长率，但准确估计了极限环行为。基于高保真计算框架对超声频段热声能量转换的深入理解，将有助于进一步提升小型热声发动机的功率密度优势。
引用
@article{arxiv.1702.00475,
title = {High-fidelity simulation of an ultrasonic standing-wave thermoacoustic engine with bulk viscosity effects},
author = {Jeffrey Lin and Carlo Scalo and Lambertus Hesselink},
journal= {arXiv preprint arXiv:1702.00475},
year = {2017}
}
备注
55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech, 2017