导读:本文包含了热声效应论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:效应,谐振,声源,拍频,载流子,工质,信号。
热声效应论文文献综述
李亚清,史学强,张玉涛,杨超萍,张静[1]（2018）在《热声效应及其应用研究进展》一文中研究指出热声效应是一种热与声相互转化的现象,涉及复杂的非线性因素,而热声机械无运动部件,有着广阔的应用前景。为加深对热声效应的研究,文中首先介绍了热声理论的研究进展状况,分析了各个理论的局限性及适应性,接着从实验研究及数值模拟两方面总结了现有的研究方法及其取得的研究成果,之后详细阐述了热致声与声致冷2种效应的应用。最后,基于当前的研究现状,分析了热声理论在研究与应用方面存在的问题与遇到的挑战,讨论了热声转化的发展趋势。结果表明,建立科学的适用于大振幅热声效应的理论方法是发展推广热声效应的难点和重点,而数值模拟与实验研究的有效结合是推进热声理论发展的强有力手段,虽然目前热声机械还只停留在实验室研究,但凭借热声转换的独特优势,热声装置将会是清洁能源、航空航天、消防等行业的重要应用技术。(本文来源于《西安科技大学学报》期刊2018年06期）
张怿,汤亮亮,黄潮,沙群浩[2]（2018）在《二维钙钛矿材料中热声子瓶颈效应增强现象》一文中研究指出热载流子太阳能电池是第叁代高级概念太阳能电池主要的发展方向之一,其具有超高效率,薄膜化,工艺简单等优点[1]。该电池旨在利用热声子瓶颈效应有效减缓或阻止热载流子的热弛豫过程,从而提高其对外输出电压和能量转换效率[2-5]。近年来,有研究人员在叁维有机-无机杂化钙钛矿中观察到了热声子瓶颈效应[6-9]。这意味着在高能载流子注入条件下,声子发射速率降低,有机阳离子通过提供额外的光学声子或所谓的"混合声子"模式而起了重要作用,其可以促进声学声子上转换(up-conversion)为光学声子,并再次加热冷载流子。然而,该种情况下,热载流子寿命仍然过短不足以被提取利用。因此,加强这种热声子瓶颈效应对热载流子太阳能电池吸收体而言就变得及其必要。最近,我们合成了二维钙钛矿量子阱(BA)2(MA) n-1PbnI3n+1(n=2,3&4),并通过X射线衍射(XRD)测量和选定区域电子衍射(SAED)的高分辨率透射图像(TEM)验证了2D钙钛矿膜的品质。然后用飞秒级瞬态吸收光谱(TA)深入研究了通式为(BA)2(MA)n-1PbnI3n+1(n=2,3&4)的二维卤化物钙钛矿中的载流子-声子弛豫过程。我们观察到在n=2和3的类多量子阱中热声子瓶颈效应得到显着增强。通过使用高能尾部拟合(HETF)提取时间依赖性载体温度,我们发现n=3的样品中,激发载流子的弛豫时间达到了1000ps,该弛豫时间是其叁维参照物的十倍。此外,在TA光谱图中,稳态吸收的峰位能和PL光谱显示出量子限制效应预测的明显蓝移。利用功率可变的飞秒瞬态吸收对同一样品进行测量,并且通过比较二维和叁维有机-无机混合钙钛矿材料中载流子寿命,在二维结构中相对较弱的激发能量处观察到更强的光子瓶颈效应。我们认为这种增强的热声子瓶颈效应的机制依赖于二维材料中的有机-无机混合结构和类量子阱结构。由于在这种量子阱结构中的限制效应导致声学声子不能自由传播。另外,由于有机阳离子引起的"混合声子"的存在,受限声学声子可以上转换为光学声子。该结果揭示了延长热载流子寿命的一种可行方法,极大延长的热载流子寿命意味着这种2D材料在热载流子太阳能电池吸收体制备和应用中具有巨大潜力。(本文来源于《2018第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会摘要集》期刊2018-06-23）
封叶[3]（2018）在《Gedeon声直流对热声转换效应的影响机制及其抑制方法研究》一文中研究指出热声发动机是基于热声效应将热能转化为机械能的装置,具有运行可靠性高、寿命长以及环保性高等优点。几十年来,热声理论以及热声发动机样机的研究都已经取得了一些突破性进展。行波热声发动机由于工质微团所经历的热声转换热力循环本征可逆,理论热效率较高,是近年来热声领域的研究热点。但是行波热声发动机通常具有闭合环路结构,在环路中循环流动的Gedeon声直流是影响其热效率的一个至关重要的因素。为了探索Gedeon声直流对热声转换效率的影响机制,同时高效低损地对其进行抑制以提高系统的热效率,本文针对以下几个方面开展了理论和实验研究工作:(1)Gedeon声直流对回热器热声转换效率的影响机制与特性分析。以新晋发展的四级行波热声发动机以及双向进气型脉管制冷机为例,基于热声学理论建立了数值模型,编写了模拟计算程序,分析了 Gedeon声直流对回热器热声转换效率的影响机制。本文的研究工作着眼于Gedeon声直流所携带的能流是当地温度的函数,同时Gedeon声直流携带的能流又导致温度梯度的显着变化,本文着力揭示二者之间的相互作用,阐明了Gedeon声直流通过改变回热器中的温度分布进而影响热声转换效率的作用机制。(2)喷射泵在交变流场中的阻抗特性以及诱导时均压降的性能分析。可诱导时均压降的喷射泵是一种常用于抑制Gedeon声直流的装置。针对倒角和尖角两种喷射泵形式,通过数值模拟研究了喷射泵内以及端口邻近区域交变流场的特性,分析其一阶交变流动和时均体积流的阻抗特性。基于模拟结果,开展了交变流场中喷射泵诱导时均压降的实验研究,重点分析了结构参数(包括无量纲倒角、倾斜角、喷射泵的大小截面面积比和喷射泵的小截面与管道截面的面积比)以及状态参数(包括频率和充气压力)对喷射泵性能的影响,为喷射泵的优化设计提供了依据。与传统观点认为对喷射泵的小截面边缘进行倒角有利于提高喷射泵诱导时均压降不同,本文的研究结果表明尖角喷射泵诱导时均压降的能力更强,且其方向与倒角喷射泵诱导的方向相反。不过,采用倒角喷射泵能有效地降低沿流道扩展方向的压降,这有利于提高喷射泵的效率。同时基于实验和模拟研究,探讨了准静态假设对于分析交变流体流经喷射泵的流动特性的适用范围。(3)喷射泵抑制行波热声发动机中Gedeon声直流的实验研究。以四级行波热声发动机为研究对象,首先探讨了 Gedeon声直流对无负载热声发动机系统性能的影响,在此基础上,开展了尖角和倒角两种形式的喷射泵抑制系统中Gedeon声直流的研究。在实验中发现,由于四级行波热声发动机变截面处连接锥管的存在,系统中存在的声直流远大于理论Gedeon声直流量,且两者方向相反。针对四级行波热声发动机的机型特点对喷射泵所需诱导的时均压降进行预测,通过对比预测值与实验值,验证了预测方式的合理性。加入基于预测值设计的喷射泵对Gedeon声直流进行抑制后,当单级加热功率为700 W时,压力振幅提升了 17.8%。此外,本文还对驱动负载的四级行波热声发动机进行了实验研究。结果表明,当单级负载的阻抗为1.16×108-2.98×107i Pa·s/m3时,采用喷射泵对声直流进行抑制后,系统热效率提升了64.9%,对应的相对卡诺效率提升了57.3%。(本文来源于《浙江大学》期刊2018-06-01）
瞿成武[4]（2018）在《热声谐振管及微尺度效应中的非线性现象的数值研究》一文中研究指出影响热声技术工程化应用的诸多关键因素,都不同程度地与高幅声振荡或微型化引起的诸多非线性问题密切相关,非线性热声理论已经成为目前热声装置应用开发的迫切需要。在热声装置及其他声学装置的研究开发中,非线性谐振技术和微尺度化技术已成为提高声幅和热声转换效率的关键要素,其理论与分析模型的发展显得至关重要。本文采用气体动理学方法研究了等截面谐振管以及指数型谐振管内的非线性声振荡行为;同时,并考虑微尺度化因素的影响,建立了热声通用网络分析模型,尝试对非线性网络元件传输参数的描述。本文具体研究内容概括如下。(1)采用气体动理学方法数值模拟了等截面驻波谐振管内声场的时空演化过程以及声强的轴向分布,获得了与试验研究一致的结果。研究了活塞驱动位移幅值对各阶谐波和激波形成的影响,并通过谐波分量分析从机理上揭示了从基波到高次谐波的能量级联过程,为非线性声饱和激波等非线性现象的抑制提供了相应的理论基础。(2)基于渐进展开法获得的一维近似表达式,理论分析了指数型谐振管内的声场分布,研究了速度驱动幅值对声场的影响并得到了指数型谐振管的最优形状因子;同时,通过比较得出,近似解的分析结果与气体动理学方法的模拟结果在一维层面一致,从而相互验证了分析法和气体动理学模拟方法。分析了m=3.0指数型谐振管内的拍现象,提出了利用拍现象改善谐振管一阶本征频率计算精度的方法。(3)考虑了带速度滑移和温度跳跃边界条件的Navier-Stokes方程,利用线性化方法,对微尺度热声热机的内部流动进行了理论建模,包含了Kn≤0.1的热声线性理论。基于该理论模型,建立了微尺度热声热机中的网络模型,并推导了板迭单位长度传输矩阵中各传输参数表达式和网络传输矩阵。研究了不同Kn下,板迭水力半径对单位长度阻抗、导纳、压源参数和流源参数等各传输参数的影响。(本文来源于《华中科技大学》期刊2018-05-01）
周晓青,刘世坤,张鑫山,殷涛,刘志朋[5]（2018）在《热声效应对磁声信号的频率影响分析》一文中研究指出目的 :探究在磁声成像(magnetoacoustic tomography,MAT)中待测样本中的热声效应对磁声信号频率的影响。方法:选取铜、石墨、琼脂仿体及猪肉组织作为待测样本,其中铜及石墨属于高电导率材料,而琼脂及猪肉组织为低电导率的类生物组织及生物组织。通过设计实验,获得上述材料在不同条件下的磁声信号与热声信号,并对其进行时频对比分析。结果:分析获得不同材料磁声信号与热声信号的特点,高电导率材料的声信号频率相对激励频率向低频偏移程度很小,而类生物及生物组织声信号频率向低频偏移程度显着。且材料的热声信号并不与激励信号同频,相对激励频率显着降低。结论:热声效应是引起类生物组织及生物组织磁声信号频率显着下降的原因,热声信号成分引起了MAT声信号的频率偏移现象。该研究为进一步提高MAT重建质量、优化MAT理论及实验方法提供了新思路。(本文来源于《医疗卫生装备》期刊2018年01期）
李俊霖,周晓青,殷涛,刘志朋[6]（2016）在《注入式磁声成像中热声效应的初探》一文中研究指出探究磁声成像中热声效应的影响。通过加载和不加载静磁场条件下,改变激励源的相位和幅值以及换能器的接收方向来验证铜、铝、石墨和凝胶四种不同特性样本被激发的磁声信号和热声效应信号,并进行分析。磁声成像中热声信号与激励电压的相位无关,其传播方向在各个方向都有,其幅值与激励的能量成正比。相对于其他样本而言,凝胶仿体中的热声效应的影响最大。在生物组织中进行磁声成像时,热声效应的影响不可忽略。(本文来源于《生物医学工程研究》期刊2016年03期）
童立红[7]（2015）在《基于碳纳米管薄膜热声光声特性及蜃景效应的理论研究和数值分析》一文中研究指出1.热声技术的发展现在广泛使用的扬声器是由连着锥形纸盆的刚性结构,能够沿着永磁体中心圆柱形空隙作轴向振动的音圈以及其它辅助支撑系统构成。当一个音频电流作用于音圈,则产生一个可变电磁场。这个可变电磁场与永磁体的磁场相互作用会产生驱动力使音圈按照音频电流的输入频率振动,从而复原原始音频信号。然而,基于动态机械驱动的传统扬声器的频率特性是欠优的。这种扬声器的响应频率带宽相对较窄,因此很难调整它们的频率范围。响应频带宽度是受最大响应频率所制约的,因而会受扬声器的尺寸所限制。其他类型的扬声器有压电扬声器[3,4]和静电扬声器[5-7]。压电扬声器的频响特性也是受到限制的,这点和动态机械驱动的扬声器一样。自从Hanna[5]首次介绍静电扬声器的概念已经经历了80多年,由于其存在固有的缺陷,所以静电扬声器并没有受到过多的关注。事实上,静电扬声器的隔膜偏移是非常有限,所以要到达到较高的声压输出和效率转换,作用到静电扬声器的电压必须非常高,从而增加了电弧产生的概率,这样就大大降低了设备的安全性。此外,随着电场强度的增加,尘埃粒子更容易被扬声器所吸引,因此静电扬声器的性能的稳定性也存在潜在的威胁。热声扬声器的概念是大约一个世纪前首次由Arnold和Crandall提出[8]。热声扬声器设备的物理机制与传统的扬声器有很大区别,传统的扬声器是通过膜的机械振动而产生声音。热声扬声器则是由围绕在薄膜导体周围的介质在电能作用下被周期性加热从而产生温度波动导致的[9]。因为热声扬声器的频率响应范围很宽,因此热声扬声器的出现大大简化了扬声器的设计[10]。Arnold和Crandall[8]曾经就热声扬声器做了一系列实验,同时也推导出了一种用以解释其实验结果的理论模型。在他们实验中,他们使用的是700纳米厚的铂金薄膜,但是只有很微弱的声音信号被扑捉到。这是由于他们使用的铂金薄膜的单位面积热容(HCPUA)很高,因此其电声转换效率很低,所以输出的声信号很微弱。由于在上个世纪,单位面积热容小的材料很难制造,因此热声技术发展继Arnold和Crandall的研究之后停滞了几十年。近年来,随着纳米技术出现和快速发展以及先进的纳米加工技术的日益成熟,为热声装置的制作和发展奠定了坚实的基础[9]。特别是Iijima[11,12]发现的碳纳米管材料为热声学的发展铺平了道路。碳纳米管具有独特的机械强度[13-18]、导电性[19,20]、导热性[21-25]和光热转化率[26-34]以及其他优良属性。由于纳米材料的发现以及热声扬声器的固有优势,特别是极宽的频响带宽,热声技术正受到研究人员的重新关注。1999年,Shinoda等[35]提出一种基于热声原理的有效的超声波发射器,这种超声波发生器是由置于10毫米厚的微孔硅层上的30纳米厚的铝薄膜和一个p型晶体硅晶片组成的。当输入热功率为1W/cm2的正弦变化信号时,其在很宽的输入频域内可以获得高达0.08Pa的声压值。但是这个超声波发射器的电声转换效率仅为0.03%。随着碳纳米管线[36,37]和碳纳米管薄膜[14,38]的发现,碳纳米管热声学正经历着迅速的发展。2008年,Xiao等人[39]提出一种能够产生高强热声声波的新型有效的方法,即通过使用交流电作用于从碳纳米管阵列拉出的碳纳米管薄膜[40]上。当一个功率为3W,频率为20kHz的交流电作用在一个3x3cm2的单层碳纳米管薄膜上时,高达100dB的输出声压被测得。Xiao的实验中使用的单层碳纳米管薄膜非常薄(厚度为几十纳米),极轻(典型的单位面积质量为1.5μg/cm2)同时也是优良的电导体(典型的电阻约每平方1kQ)[39]。此外,输入信号频率高达1MHz的交流阻抗实验验证了碳纳米管薄膜是一种纯电阻,这也有助于提高电声转换效率[39]。2010年,Aliev等人[41]用实验研究了置于液体中碳纳米管薄膜热声换能器的性能,同时发现碳纳米管薄膜热声换能器转换效率在液体中急剧降低。值得注意的是,由于碳纳米管的疏水性,当浸没在水中时,在碳纳米管薄膜周围可能形成一层包络,因此相对于在酒精(碳纳米管薄膜在酒精中表现出的是亲水性)中,会极大地增加热声换能器转换效率(高达100倍)[41]。Aliev等人[41]也研究了在密封在氩气环境下的碳纳米管薄膜在液体和气体中的热声响应的性能。实验证明,此种换能器在低频段中的响应良好,而在空气中可以达0.2%的换能效率。Kozlov等人[42]发现应用交流电或者近红外激光作用于多壁碳纳米管阵列也能产生热声,同时发现培植在硅晶片上的碳纳米管阵列产生的热声会伴随叁阶和四阶的谐波失真,而此谐波失真应归因于热声的非线性响应。这种独特的现象在较短的碳纳米管阵列中尤为显着,显然是因为热能从碳纳米管阵列中转移到了硅晶片基体中引起的。为了提高热声转换效率,Xiao等人[43]研究了碳纳米管薄膜在不同气体介质(空气,氩气和氦气)中的对于不同输入频率(从300Hz到100kHz)的响应性能。实验结果表明,减少气体的热容可以提高碳纳米管扬声器的热声转换效率。Xiao等人[43]还发现在他们所研究的频率范围内,碳纳米管薄膜产生的声压与其所处气体介质的热容呈反比关系。Aliev等人[44]将碳纳米管薄膜封装不同的气体中,在封闭系统下进行了相似的实验。他们还研究了在封闭系统下的气压对热声响应的影响,并且构建了一个理论模型来解释他们的实验发现。自从2004年Novoselov等人[45]发现了石墨烯,由于其优良的结构特性和导电性而倍受研究者关注。从实验上已经证明石墨烯具有许多的应用价值。Tian等人[46]最先在2011年证明其可以作为热声源。他们设计了一个热声装置,即将底层印有石墨烯的纸板贴在印制电路板上从而制作了一个多层石墨烯结构。叁个厚度分别为100,60和20nm的石墨烯样品被制作并测试。尽管一个20nm厚的石墨烯在1W/cm2输入功率和20kHz的响应频率下能产生能高达83dB的声压,但是该热声装置的性能依然没有达到Xiao等人[39,43]使用的碳纳米管薄膜热声扬声器的性能。Suk等人[47]也将大面积的单层石墨烯印在基底上从而制作了石墨烯热声换能器。他们研究了不同底层(玻璃,聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚二甲基硅氧烷)的热声换能器的性能,并且比较了不同底层对热声转换效率的影响。每个底层的表面孔隙度对声压的影响也做了详细的测试和分析。实验结果表明,提供表面孔隙度有助于提高石墨烯热声换能器性能。石墨烯热声换能器技术的最新发展的代表是石墨烯宽带音频耳机[48]。和传统的商业耳机相比,石墨烯耳机的声音响应频率更宽(从100Hz到50kHz),稳定性也更好。实验研究表明,由石墨烯耳机产生的35kHz的声波能够实现对狗的训练和控制,这也从另一方面验证了石墨烯耳机在高频响应下的有效性和稳定性。类似于碳纳米管薄膜和石墨烯,悬空金属线阵列和金属薄膜在通入交流电时也能产生高幅值的声波[35,49-54]。Shinoda等人[35]把铝制薄膜置于一个带有微孔结构的硅晶层以减少铝制薄膜向基体的热能传递从而能够有效输出较高的声压。Niskanen等人[49]设计了一个类似的结构,通过将大量的铝线悬空在绝缘基体来产生具有较高声压值得热声声波,实验发现在10kHz的输入频率、15.5W的输入功率下,声压值可以高达l00dB。Vesterinen等人[52]使用格林函数方法和有限差分法研究了另一种相似结构的热声效率以及吸热基体对所产生声压的影响。他们的实验发现验证了他们的理论模型。然而,基于这些结构的热声扬声器的热声能量转换效率很低从而局限了其在消费电子产品和其他领域的实际应用。与实验研究相比,关于热声学的理论研究比较少。 Hu等人[55]提出了一种热力耦合模型,这种模型适用于将金属线阵列置于多孔硅晶基体上产生超声的热声装置。Xiao等人[39]改进了Arnold和Crandall[8]的活塞模型并用改进的模型成功地阐释了他们的实验结果,同时,率先提出了薄膜的HCPUA是热声装置能够输出高声压的声波以及进一步应用于实际的关键因素。但是,这个改进的模型仅仅适用于远场热声响应[56]。Vesterinen等人[52]使用格林函数方法构建了热声效率的理论模型,这个理论模型也能够阐释吸热基体对所产生声压的影响。但是,他们并没有考虑到热损失或者薄膜的HCPUA的影响。极小的HCPUA的碳纳米管薄膜的出现极大地推动了热声的发展同时使音频设备的体验产生了革命性的提高。然而,碳纳米管薄膜结构强度很低,这使得其实际应用受到了很大的限制[10]。最近,Wei等人[10]巧妙设计了一个热声换能器芯片,此芯片包含了一个悬挂于硅晶片的碳纳米管纱线阵列。这个芯片拥有很好的机械性能,因为碳纳米管纱线比直接从碳纳米管阵列抽出的碳纳米管薄膜的机械强度要高出很多倍[10]。他们也从实验上证明了此种芯片的响应性能并做了详尽的分析讨论。同时它也可以按比例缩小以制微型扬声器或集成到一个大规模设备上,比如说大型扬声器。尽管热声芯片的制作使得碳纳米管薄膜的热声换能器的机械性能得到了显着的提高,但是Wei等人[10]借助于Xiao等人[39]的理论模型仅仅定性而不是定量地对实验结果做了分析讨论,但是xiao[39]等人的理论模型一方面仅仅适用于悬空在自由空间的薄膜的热声响应情况,另一方面也仅仅适用于远场热声响应。另一个与热声效应相关的有趣现象是蜃景效应。蜃景效应是自然界中普遍存在,也是在生活中极易观察到的现象。它的产生是由于光线穿过一种介质,而这种介质中的温度场是梯度变化的。这种梯度变化的温度场使得介质的折射率不断地变化,从而使得光线弯曲而产生蜃景效应。Boccara等人[57]引入一种热光法用以检测受热样品表面附近的温度梯度变化。许多实验和理论也被提出用以研究受热薄膜附近光线的弯曲角度的大小[58-61]。另外,热光法也被成功的用于测量气体,液体和固体的热扩散率[62]。碳纳米管薄膜,石墨烯以及其它纳米薄膜已经被证明可以用以制作性能良好的的热声换能器[35,39,46-49,52],但是这些研究主要着眼于受热薄膜产生的声波,但是薄膜附近的温度场确很少做过专门的研究。Aliev等人[62]利用实验研究了光线在通过受热碳纳米管薄膜上方是光线的角度偏转。他们不仅在气体(空气,氦气,氩气)中进行了实验,同时他们也在液体(水,酒精等)中进行了同样的实验研究,但是他们仅仅呈现了实验结果却没有给出比较合理精确的理论分析。尽管Murphy等人[59]给出了一个光热理论模型,但是他们的研究是基于将薄膜置于一个基体上,而不是自由悬空的薄膜。因此他们的理论模型并不适用于解释Aliev等人[59]的实验结果。2.高强度聚焦超声的发展现在,聚焦超声和非聚焦超声正越来越多的应用于生物医学设备和诊断上。然而,超声诊断并不是超声在生物医疗设备上的唯一应用。早在1942年,Lynn等人[63]就利用高强度超声进行了第一次超声治疗的尝试。但是他们尝试利用高强度聚焦超声通过非接触头颅的方式治疗大脑中的肿瘤并未取得成功[63,64]。之后,Fry等人[65]成功的利用高强度聚焦超声对神经系统疾病进行了治疗。但是随后由于缺乏先进的成像技术[66],关于利用超声治疗神经外科的研究一直停滞不前。在上个世纪70年代,超声技术在生物医学工程上的潜在应用再次引起了人们的注意。但是那时产生的超声的声压很低,所以利用超声在肿瘤细胞内引起过高温度来杀死肿瘤细胞要花费很长时间。另外,由于没有无损探温的设备,施加于肿瘤上的声能很难通过反馈信息得到控制,所以,完好组织的意外烧伤很难避免。上世纪90年代,随着成像技术的不断改进,高强度聚焦超声用于治疗肿瘤的技术再次得到人们关注。不断改进的精确定位技术伴随着有效的治疗手段能够使高强度超声的在医学诊疗上的潜能得以全部发挥[68]。研究人员已经证实高强度聚焦超声几乎能够瞬间使聚焦区域内的细胞死亡,这种杀死细胞的机理源自于细胞凝固性坏死[69,70]。除了用于切除肿瘤细胞,高强度聚焦超声还可以利用其形成的冲击波,声空化或者热沉积效应[72,77]实现快速加热局部组织[71],药物输运[72],机械式的组织摧毁和组织均匀化[73],局部性提高药物溶解和吸收[75],血栓溶解[75]以及血脑屏障功能[76]。值得一提的是近年来高强度超声在超声碎石[78,79]以及超声诊疗例如组织摧毁术[80]上的应用已经取得了突破性的的进展。基于高强度超声的诊疗技术主要涉及两个主要的物理机制：一个是热效应,另一个是机械效应[66]。治疗肿瘤就是利用目标区域吸收聚焦超声能量形成热沉积来达到治疗目的；而超声碎石则是利用高强度超声波使目标区域形成空化效应而达到治疗效果。多数情况下,肿瘤细胞是和关键完好组织相邻的,因此在做肿瘤细胞切除的同时,要保证这些完好组织不能受到损伤。很明显,超声聚焦声斑必须足够小以保证精准的控制从而达到有效的治疗效果。然而由传统的低频压电换能器产生的超声声斑达不到足够的空间解析度以保证诊疗的绝对安全。同时,由传统压电换能器产生的超声声压很难达到诊疗所需的声压幅值。Spadoni等人[81]利用幂律材料制作了一种非线性声棱镜,这种声棱镜可以产生精准的高幅值超声波(声弹),同时超声聚焦区域也是动态可调的。但是这个设备的最大缺点是结构复杂,工艺要求也非常高。随着纳米材料的发现和纳米技术的不断进步,高频高强度超声已经可以实现。Yang等人[82]将金纳米粒子夹铺于一个透明基体和PDMS层之间,然后用激光照射这个设计好的装置而产生高频超声。尽管金纳米粒子的光吸收性能很好,但是这个设备的总的光声转换效率依然很低。因此这种设备并不能产生足够高的超声声压用以满足医学诊疗[77]。近来,许多研究者报道了竖向排列的CNT阵列表现出了对光的近黑体吸收特性[28-30,83,84]。因此,CNT阵列可以作为制作高强度超声设备的最佳选择。Baac等人[77]结合CNT阵列的近黑体性和PDMS高弹性高热膨胀性[85]的优良特性制作了一种光声超声棱镜。他们的实验结果验证了此种光声超声棱镜表现出了极好的声学性能。尽管这些实验结果是有说服性的,但是Baac等人并没有给出具有说服性的理论支撑。事实上,关于光声的实验和理论研究不在少数,例如文献[82,85-90]都是对于光声的或实验或理论的研究代表。但是这些文献都是基于一维情况下的研究。借助于格林函数方法,Diebold等人[91]研究了一维,二维以及叁维情况下的光声响应,同时,Calasso等人[92]也推导了一种适用于叁维光声点源的模型。然而,这些研究者把目光全部集中在了由光脉冲辐射产生的声波上而忽略了临近介质对于所产生的光声压力的影响。因此,Diebold[91]的模型并不能用以解释Baac等人[77]的实验结果。3.研究动机和目标大多数声换能器是将电信号转换为机械振动,但是这种声换能器的效应频带很窄,只能在其共振频率附近的响应才能取得较好的效果。这种传统的生换能器设备都包含一个所谓的“活塞”的机械运动部件,当活塞振动时,引起其附近的空气粒子随之运动而产生声波辐射出去[53]。热声设备的声发射机制与传统的机械式的声换能器有着本质的区别。热声换能器并没有机械运动部件,因此不受活塞共振频率的影响而表现出宽频响应的优良特性。这种热声换能器有许多潜在的应用价值,如水下宽带声通信,制作具有指向性的声参量阵等。关于热声换能器以及高强度超声换能器已经从实验上得到证实,但是关于热声换能器的理论研究却相对较少。理论模型的研究以及相应的数值分析研究对于改进和优化热声换能器以及应用于实际工程中都是必要的。本论文的主要目标就是针对不同的情况建立热声换能器的理论模型,而后通过具体的数值分析刻画不同热声换能器的声压响应特性。在本研究中,首先对于置于自由空间中的碳纳米管薄膜的热声响应建立了热力耦合模型。在一定的频率响应范围内,近似的得出了声压的解析结果。通过与实验数据的对比发现我们的理论结果和实验吻合的非常好,这也反过来证明了我们的模型的合理性。通过对薄膜参数的理论分析发现,单位面积热容的大小是影响热声设备的关键性因素。单位面积热容越小,热声换能器的表现性能越佳。同时通过数值分析发现,在近场范围内,对于不同的输入频率,输出的声压信号几乎保持不变,而对于远场则随着输入频率的提高,输出的声压也作相应的提高。由于密封的碳纳米管薄膜热声换能器具有和自由空间的薄膜热声换能器有着截然不同的响应特性,本论文也对密封碳纳米管薄膜热声换能器建立了理论模型,同样,给出了近似的解析结果。通过与实验数据的对比发现,本论文的理论结果与实验结果高度一致。通过实际的例子,研究了薄膜和窗口之间的距离的大小对热声响应的影响。另外,通过数值分析发现,此种热声换能器在特定的频率输出条件下会发生共振现象,因此,此类型的换能器可以用于产生特定频率的高幅值声波,也可以用于从一列宽频信号中提取特定频率的声信号。对于将此种密封薄膜换能器置于不同介质(气体和液体)中的响应特性也给出了数值分析。数值分析发现,在气体中,换能器在低频段表现更佳而在液体中却在高频段表现更佳。由于碳纳米管薄膜的结构强度很差,所以对于置于自由空间的碳纳米管薄膜热声换能器很容易受到破坏,从而限制了其的实际应用。为了克服这个缺点,可以将碳纳米管薄膜置于一个基体上,让基体对其有一定的支撑作用,这样热声换能器的整体结构强度就得到了极大的提高。本文也对有基体支撑的热声换能器的响应特性建立理论模型并给出了具体的解析结果。此理论模型亦通过实验得以验证。通过得到的理论结果,详细分析了碳纳米管薄膜和基体间的间隔距离对于热声相应的影响。数值结果显示,对于小的间隔距离(50微米以下),随着间隔距离的增加,输出声压呈指数型增加,而当间隔距离继续增加,输出声压几乎保持不变。如果当间隔距离达到毫米量级,由于薄膜产生的原波和基体反射的反射波之间发生干涉效应,因此在特定的距离处会出现零声压的现象。蜃景效应是自然界中常见的自然现象。当一束光线通过温度梯度变化的介质时,光线将沿曲线传播而不是直线。本文对于由受热碳纳米管薄膜在液体和气体中产生的蜃景效应作了详细的分析。通过与实验结果的比较发现,本文的模型能够足够精确的预测出光线弯曲的角度。另外,通过结果分析发现,蜃景效应更易在液体中发生。通过测量弯曲光线的相位变化的方法去测量介质的热扩散率也做了细致的研究。最后,本文提出了一种用于测量气体介质的折射率的新方法。虽然高强度聚焦超声正被广泛用于生物医学工程上,但是传统的超声设备产生的聚焦超声的声斑在空间依然比较大,因此空间精度很差。此外,传统的超声设备发射的超声波声压难以满足医疗所需声压。基于此种原因,本论文研究了一种由碳纳米管制作的高强度光声超声棱镜。值得注意的是,尽管光声设备的热能来自于光而热声设备的热能来自于电流,但是他们的发声机理是一样的。本文将得到的理论结果与已发表的实验结果在空间和时间上做了细致的对比,对比结果显示,本文的理论模型和实验吻合的非常好。另外通过数值研究发现,如果选择特定的输入频率,此种聚焦光声棱镜的表现可以得到显着的提高。总的来说,本文提出的聚焦光声棱镜模型可以为高强度超声棱镜的设计和制作提高强有力的理论支撑和指导。总的来说,本论文从理论上研究了碳纳米管热声和光声换能器的响应特性,并就理论结果做了详细的数值分析。研究了一系列不同条件下,不同参数下的换能器响应规律。本论文的理论模型和数值结果有望对于热声光声换能器的设计制作和优化提供必要的理论支撑和指导。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2015-05-01）
李玉华,占丽媛,姜玉雁,王刚,唐大伟[8]（2014）在《液相工质中热声效应数值模拟研究》一文中研究指出基于求解可压缩流体的N-S方程,分别计算水及R134a两种液相工质在二维空间内的热声波产生及传递过程,分析初始压力及左侧壁温阶跃值对两种工质热声压力波产生的幅值及波传递到右边界后与壁面的热流交换影响情况。结果表明,初始压力对两种工质热声波产生的幅值及与向右边界换热的热流影响不大;压力幅值及右边界传热热流强度随左侧壁温度阶跃值增大而增大;在相同边界条件下,R134a可以产生更大幅值的压力波,并且与右边界换热的热流较大。(本文来源于《工程热物理学报》期刊2014年11期）
王凯,孙大明,郭轶楠,邱利民[9]（2014）在《热声发电系统中的拍频效应研究》一文中研究指出热声发电是一种新型的发电技术,可有效利用太阳能、工业废热等低品位能源,具有广阔的应用前景。由于存在气体谐振管和发电机两个谐振机构,行波热声发电系统内可能会出现两个频率相近的压力波耦合振荡现象,即拍频现象,影响系统稳定运行。本文基于热力学分析法开展了热声发电系统中拍频效应的理论研究,在时域内得到并分析了不同加热温度下压力增长或衰减的拍频振荡现象。(本文来源于《工程热物理学报》期刊2014年08期）
葛欢[10]（2014）在《热声制冷机中声学非线性效应的研究》一文中研究指出热声制冷技术具备高可靠性,高稳定性,环保无污染等优势,在军用、工业应用乃至日常生活中都呈现出了广阔的应用前景。本文旨在对扬声器驱动的热声制冷机中的相关非线性效应进行研究,为热声制冷机的优化提供一些参考。第一章回顾了热声效应热与热声制冷机的发现、研制和发展历史,并从声源、板迭、管中大振幅声波、声-热能量转换以及整体模型等多个方面归纳总结了热声制冷机相关非线性效应的研究进展。第二章着重研究热声板迭的非线性阻抗。首先介绍了热声板迭的种类、构造方法以及结构参数,如长度、孔隙率、弯曲度等。并根据板迭弯曲度的不同将热声板迭分为有序型(包括平板型,圆孔型等)和无序性(包括铜网型,多孔材料型等)两大类。然后简要介绍了有序型热声板迭的线性阻抗理论,给出了板迭中任意位置的阻抗以及声压,指出板迭的声阻抗直接影响到热声制冷机中的能量功率流W和热流Q,进而影响到系统的工作效率。在此基础之上,作者类比多孔材料的流体阻抗,设计实验对铜网型、平板型以及圆孔型热声板迭的阻抗-声压曲线进行了测量。根据实验结果建立了热声板迭的非线性阻抗理论模型,并提取出线性阻尼,非线性系数以及等效声质量叁个描述热声板迭声阻抗的重要参量。同时,基于大量实验数据分析了板迭孔隙率、长度、结构以及声波频率等参数对板迭声阻抗的影响。此外,作者还借鉴“小损耗”理论以及弯曲度的概念对实验结果进行了解释,并获得了非线性阻抗理论模型与“小损耗”理论之间的统一。研究结果对热声制冷机中板迭的选用,系统非线性条件下的阻抗匹配等都有一定的借鉴意义。第叁章主要研究了简易热声制冷机系统中的声场非线性以及声源扬声器振膜的非线性振动情况。首先提出了一种简易的热声制冷机模型,并结合实际参数对该模型中的线性声场分布、质点速度分布以及第一、第二谐振频率点进行了理论计算。其次通过实验对系统第一、二谐振频率进行了测量,并在两个谐振频率附近对不同强度驱动下的谐振管末端的声压频率响应曲线以及扬声器振膜的位移频率响应曲线进行了测量。根据实验数据分别对同一谐振频率附近不同强度驱动下的声场非线性表现以及不同谐振频率附近相同强度驱动下的声场非线性强弱等现象进行了比较。这些研究结果对热声板迭在谐振管中位置的选择,系统工作频率的选择等都有一定的参考价值。(本文来源于《南京大学》期刊2014-05-01）
热声效应论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
热载流子太阳能电池是第叁代高级概念太阳能电池主要的发展方向之一,其具有超高效率,薄膜化,工艺简单等优点[1]。该电池旨在利用热声子瓶颈效应有效减缓或阻止热载流子的热弛豫过程,从而提高其对外输出电压和能量转换效率[2-5]。近年来,有研究人员在叁维有机-无机杂化钙钛矿中观察到了热声子瓶颈效应[6-9]。这意味着在高能载流子注入条件下,声子发射速率降低,有机阳离子通过提供额外的光学声子或所谓的"混合声子"模式而起了重要作用,其可以促进声学声子上转换(up-conversion)为光学声子,并再次加热冷载流子。然而,该种情况下,热载流子寿命仍然过短不足以被提取利用。因此,加强这种热声子瓶颈效应对热载流子太阳能电池吸收体而言就变得及其必要。最近,我们合成了二维钙钛矿量子阱(BA)2(MA) n-1PbnI3n+1(n=2,3&4),并通过X射线衍射(XRD)测量和选定区域电子衍射(SAED)的高分辨率透射图像(TEM)验证了2D钙钛矿膜的品质。然后用飞秒级瞬态吸收光谱(TA)深入研究了通式为(BA)2(MA)n-1PbnI3n+1(n=2,3&4)的二维卤化物钙钛矿中的载流子-声子弛豫过程。我们观察到在n=2和3的类多量子阱中热声子瓶颈效应得到显着增强。通过使用高能尾部拟合(HETF)提取时间依赖性载体温度,我们发现n=3的样品中,激发载流子的弛豫时间达到了1000ps,该弛豫时间是其叁维参照物的十倍。此外,在TA光谱图中,稳态吸收的峰位能和PL光谱显示出量子限制效应预测的明显蓝移。利用功率可变的飞秒瞬态吸收对同一样品进行测量,并且通过比较二维和叁维有机-无机混合钙钛矿材料中载流子寿命,在二维结构中相对较弱的激发能量处观察到更强的光子瓶颈效应。我们认为这种增强的热声子瓶颈效应的机制依赖于二维材料中的有机-无机混合结构和类量子阱结构。由于在这种量子阱结构中的限制效应导致声学声子不能自由传播。另外,由于有机阳离子引起的"混合声子"的存在,受限声学声子可以上转换为光学声子。该结果揭示了延长热载流子寿命的一种可行方法,极大延长的热载流子寿命意味着这种2D材料在热载流子太阳能电池吸收体制备和应用中具有巨大潜力。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
热声效应论文参考文献
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