温度与声音的交响曲——热声效应

UFO爱好者

　　热声效应是一种热与声相互转化的现象。从声学角度来说，它是由于处于声场中的固体介质与振荡的流体之间相互作用，使得距固体壁面一定范围内在声传播方向产生一个时均热流，并在这个区域内产生或者吸收声功的现象。
　　


　　热声效应可分为两类：一类用热能来产生声波，即热致声效应；另一类是用声波来产生制冷效应，即声致冷效应。热致声效应很早就被发现了。早在1777年，研究人员就在实验室中发现，将可燃性气体的火焰放在两端开口的垂直管的适当位置，管中会激发出声音。与热致声效应的发现相比，声致冷效应的发现仅有几十年的历史。1975年，研究人员发现：在往复运动活塞激励的一端封闭的驻波谐振管中，其中间区域存在温度下降，而两端温度升高的现象，这就是声致冷效应的发现。
　　近些年来，科技不断发展，研究人员已经根据热声效应研究出了热声制冷机、热声发动机等设备。其中有一种用于液化天然气的高效1千瓦级行波热声制冷机，加热温度923开尔文，加压氦气7兆帕，可获得1.17千瓦的冷却功率和14.95%的总火用效率，对加热温度和平均压力对系统性能的影响进行了仿真，而且结果表明，在110开尔文时，系统总(火用)效率为14.95%，冷却能力为1170瓦。
　　


　　除此之外，随着热声理论的发展，热声机械逐渐被应用于各个行业。建筑火灾发生时，由于火焰向上蔓延，在顶棚形成高温烟气层，这样的高温可以激发热声装置发出报警声信号，实现无源报警。因此，热声轰燃报警器是火灾报警器的最新发展方向之一。虽然热声装置维护成本低，有较为小巧紧凑的几何结构，是出色的消防警报装置，但是由于装置的装配以及换热问题，研究人员对热声装置的应用研究只停在初始阶段，如果能设计出良好的可应用于消防方面的热声报警装置，将对保证人民财产安全有着非常重大的意义。
　　其实，热声技术简单、环保、节能高效，其应用相当丰富，热声能量转换技术将会给包括制冷工业在内的整个能源工业带来很大的影响，因为它的特性是当今时代的需要。
　　本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。   
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                                        2021-07-15