大振幅熱聲波的對流換熱是傳熱學領域尚未充分研究的問題。本項目將建立基于大功率脈沖加熱技術的熱聲對流換熱實驗臺，精確測量大振幅熱聲過程壓力、速度及溫度等參數和聲音信號的變化規律以及熱聲波的傳熱效應；開發適用于大振幅熱聲波流動及傳熱數值模擬的高階穩定離散格式和高效算法，對熱聲波的流動及傳熱過程進行數值模擬；在實驗研究和數值模擬的基礎上進行理論分析，建立大振幅熱聲波對流換熱的簡化數學模型，查清非線性效應對其流動和傳熱的影響。本項目的研究將拓展熱聲對流換熱這一新的傳熱學研究方向，為熱聲技術的應用奠定理論基礎。 2100433B

通常對流換熱的研究方法分以下四種：

分析法。在相應描述邊界條件和一類對流換熱的數學問題求解偏微分方程取得解析速度場和溫度場。由于數學計算條件的限制，目前對于個別簡單的求解問題可以分析對流換熱系數，如二維邊界層的層流流動。當然，分析法的最大優點是能深刻揭示物理量之間的依變關系，也是其他評價方法的基礎理論依據。

實驗法。實驗法依然是求解對流換熱問題的重要的方法，由于對流換熱問題是個復雜動態的過程，尤其是對于在真實環境下建筑外圍護結構的復雜換熱情況，進行一個準確的實驗方案是解決這類復雜問題的唯一途徑。

比擬法。以能量守恒和動量守恒定律為基礎，建立換熱系數與阻力系數之間的關系式，再利用測定的阻力系數計算出表面傳熱系數。在傳熱學早期發展中，這一方法曾是計算湍流換熱等問題的求解方法。隨著實驗設備的完善、測試技術的迅速發展以及計算機對于流體的分析日益強大，近年來這一方法也使用較少。

數值法。隨著計算機應用數值計算的普及和發展，對流換熱過程的數值分析逐漸成為一種主要的求解方法，其結果可信性也逐步提高。數值模擬方法類似于用計算機來做有針對性的實驗，可以形象再現流體在大環境下的運動情況，能更加有效地解決實驗不能解決的問題，對于分析問題有很大幫助。

時均流誘導熱聲振蕩是一種新型的能量轉換方法，基于其原理可建成完全沒有運動部件的、以風能驅動的熱聲制冷機。本項目擬從理論、數值計算和實驗三方面對其機理進行研究：建立時均流剪切邊界層非穩定性問題的多維度、可壓縮流、非穩態物理模型，確定聲場工作頻率和強度與漩渦形成周期、數量和運動速度的定量關系。在此基礎上引入非線性熱聲學理論，首次建立時均流誘導熱聲振蕩的完整物理模型。基于DES算法，利用CFD方法對物理模型數值求解，獲得壓力場、速度場、溫度場和密度場的數值解，實現完整物理場分析；研制一臺時均流驅動的高效熱聲制冷機，在熱聲板疊上產生不小于150K的可用溫差，對時均、交變流場中的壓力（波動）、速度（波動）、溫度（分布）進行精確測量，通過綜合分析發現其中蘊含的規律。最后，通過理論和實驗相結合，探明時均流、誘導聲場、熱聲效應之間的耦合作用機理，為實現以自然風等時均流驅動的熱聲制冷機奠定理論基礎。

在自然界、人類生活和生產活動中存在大量的對流換熱現象。研究對流換熱系數，我們先要理解對流換熱的定義。對流換熱是指固體壁面與環境流體直接接觸時所發生的熱量傳遞過程，它發生在緊靠固體表面的邊界層中。如果流體的流動是外力推動而形成的，則由此引起的對流換熱為強迫對流；如果流體的流動是有緊靠熱表面的受熱流體的浮力運動而引起，則這種對流換熱稱為自然對流。為了便于分析研究，通常總把傳熱現象看作是熱傳導、熱對流和熱輻射三種最基本形式在其體場合下的不同組合。熱傳導，是指物體各部分之間沒有相對位移或者不同物體直接接觸時依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象。由于直接接觸而發生能量傳遞的現象。