回热器 靠它，NASA将重返月球，声音的力量不简单( 二 )
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热声发动机结构（图片来源：中科力函）
热声效应主要发生在回热器中，其结构一般为多孔介质结构。简单来说，我们可以将回热器看作一种带有孔隙的固体。
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热声发动机中的回热器(图片来源：Swift GW. 2017)
需要说明的是，“热声发动机”一词中的声既具有通常意义上声波的概念，即一定频率的压力波动，同时它的强度又远大于日常生活中接触到的声波。一般普通人说话的声音在40分贝到60分贝之间，而热声发动机中的声压级在200分贝左右。在实际热声发动机中，声波在耐压管道内的高压气体中传播。其中发动机的振荡频率由声学管道的长度和气体声速共同决定，典型的频率为20～1000 Hz。热声发动机中工作气体典型的平均压力为1~15 MPa，而典型局部压力波动幅值可以达到平均压力的10％甚至更高。
热声发动机是一种由外部供热（或燃烧）的发动机，因此它可以利用太阳能、生物质/化石燃料燃烧热、工业余热、核热等不同形式的热源。此外，与传统的发动机不同，热声发动机内部没有任何运动部件，因此它具有结构简单、可靠性高、使用寿命长等突出优点。
我们知道，声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。相应地，按照回热器中的典型声场特性，可将热声发动机分为驻波热声发动机和行波热声发动机。对于驻波热声发动机，其回热器内的压力和速度振荡的相位差接近90°。
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驻波和行波，背景色表示压力，其中的点表示气体分子运动
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驻波热声发动机
而对于行波热声发动机，回热器处的压力波动和速度振荡近似同相，这与传统斯特林发动机回热器中的相位关系是一致的，因此行波热声发动机的热效率比驻波热声发动机更高（对斯特林发动机的介绍我们留在下一节进行）。目前，行波热声发动机在实验室获得的最高热效率达到了36%，这一热效率可以与内燃机的效率相媲美。
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行波热声发动机
此外，通过将多个相同的热声发动机核心单元通过声学管道首尾相连，形成环路结构，还可以构成双作用型行波热声发动机，这样的结构有助于提升热声发动机的输出功率和功率密度。
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双作用型行波热声发动机
热声发动机产生的高强度压力波动可用于驱动多种负载，如脉冲管制冷机、热声制冷机或发电机等。
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美国Las Alamos国家实验室与Praxair公司联合研制的行波热声发动机驱动脉冲管制冷机用于天然气液化，可实现燃烧 30%的天然气，从而液化其余 70 %的天然气
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荷兰Sound Energy公司研制的热声空调，其原理是利用热声发动机产生高强度压力波动，再利用该压力波动驱动热声制冷机。当使用100-200°C的工业废热或太阳能为热源时，可以提供25kW的冷量
什么是热声发电技术？
说完了热声发动机，我们来聊聊热声发电技术，它是将热声发动机与发电机（声电转换装置）结合，通过发电机将热声发动机产生的声功转换为电功输出的一类技术。
传统热声发电系统主要采用直线发电机作为声电转换装置，下图为这类发电系统的典型结构示意图。当对发动机热端换热器提供一定热量，并冷却发动机冷端换热器，使回热器两端达到一定温差后，系统便会产生自激振荡（即不外加信号系统内部产生的恒温和持续的振荡），热能也会因此转换为声能，并推动直线发电机的活塞和动磁体往复运动，使得发电机定子线圈中的磁通量发生变化，从而感应出电动势对外输出电能。
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行波热声发电系统，行波热声发动机驱动两台对置布置的直线发电机
我们也可以利用双作用型行波热声发动机来驱动直线发电机进行发电，目前这样的发电系统在实验室已经获得了最高9 kW的发电功率，热电转换效率高达23%。
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双作用行波热声发电机，包含4个首尾相连的热声发电单元，每个单元包含1台行波热声发动机和两台对置布置的直线发电机
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