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片堆對駐波型熱聲效應影響及複動式合成噴流特性之研究

為了解決Swift 喇叭 尺寸的問題，作者許書申 這樣論述：

論文分成兩大部份，第一大部份探討片堆幾何設計參數與共振管角度對熱聲效應及啟動值之影響，第二部份為複動式與傳統合成噴流特性之比較研究。在第一部份熱聲引擎的探討中，先前文獻多專注在討論片堆截面幾何尺寸或管長影響，缺少片堆位置與長度的討論，此外，雖有探討不同氣體或不同共振管角度在熱聲啟動後之溫差、聲壓之影響，但都未對臨界啟動熱聲值探討。故本論文分別探討無因次片堆長度(ls*)、無因次片堆位置(Xs*)、共振管角度(θ)對溫差(ΔT)及溫度梯度(▽T)、聲壓(PA)、效率(η)之間的關係，並探討熱聲系統最小啟動功率(PWmin)與ls*、θ間之關聯性。在熱聲熱泵部份，探討ls*、Xs*、開口率、熱傳

導係數對ΔT、▽T之影響。本文在駐波型熱聲引擎系統ls*與Xs*的研究中，對ls*、Xs*、ΔT、▽T、PA、η進行系統性分析，建立熱聲效率之ls*-Xs*分佈圖，並找到最大效率位置在Xs* = 0.25、ls* = 0.086。在ls*與θ對臨界啟動熱聲影響之研究中，發現PWmin主要為提供補償熱傳導與自然熱對流所造成的熱損失。熱聲啟動前，片堆短，所產生溫度梯度大，故熱聲較易啟動，熱傳導與自然對流之比例約為2:3；反之片堆長，所產生溫度梯度小，熱聲較難啟動，熱傳導與自然對流之比例降為1:4以下。熱聲啟動後，短片堆之空氣可作功面積小，故增加輸入功率時之聲壓上升速率較慢；長片堆則反之，增加輸入功

率時之聲壓上升速率較快。在共振管角度研究中，以開口朝上，片堆熱端下冷端上之設置(θ = 90°)，因熱浮力往上有助於突破空氣阻力故最易啟動。至於片堆使用低熱傳導係數玻璃，以降低熱傳導損失，在熱聲引擎證實可有效降低PWmin 13%，而由熱聲功率PWacoustic和無因次單位片堆長度之聲壓參數關係，發現不同熱聲系統間具有相似性；而在熱聲熱泵的研究中，除了建立毛細玻璃片堆與陶瓷片堆溫度差之ls*-Xs*分佈圖，找出最大溫差，發現在短毛細管玻璃片堆，其最大溫度梯度，為陶瓷片堆的1.7倍，但開口率影響不大；而在長毛細管玻璃片堆時，開口率高之片堆則有較大的溫差(可再提升13%)。在第二部份複動式合成噴

流(DAHSJ)與傳統合成噴流(SASJ)特性之研究中，以水為工作流體，利用染劑顯影，清楚呈現DAHSJ腔體間流體交換與渦漩形成過程。由PIV量測流場之結果比較，DAHSJ具有非零質量流的特性，故在冷卻之應用時，可補充新鮮之冷流體，降低噴流溫度，提高散熱效果。此外DAHSJ渦漩強度超過SASJ的2倍。噴流寬度不到SASJ的一半，故可加強噴流與發熱元件間流體混合以強化散熱。而由數值模擬(林祺峰，2007)與實驗之進一步比較分析，發現移除原本DAHSJ中央噴流之擋牆時，中央噴流會在側邊流道引致阻擋渦漩之產生，此可減少在中央腔室要噴出之混合流體被吸入側邊流道，由此大幅提升淨流量(> 6倍)，與體積效

率(>3倍)。而移除複動式合成噴流產生器之流體二極體後，體積效率可再提升。