什么是热声制冷技术

声波在空气中传播时会产生压力及位移的波动。其实，声波的传播也会引起温度的波动。当声波所引起的压力、位移及温度的波动与一固体边界相作用时，就会发生明显的声波能量与热能的转换，这就是热声效应。
热声效应，即声场中的时均热力学效应。根据能量转换观点可将热声效应分为两类：一是用热来产生声，即热驱动的声振荡；二是用声来产生热流，即声驱动的热量传输。其相应的机械装置分别为热声压缩机和热声制冷机。热声压缩机和热声制冷机在原理上是一致的，只是由于某些参数不同而导致了运行结果的迥异。
人们在很早以前就发现了热声效应。1777年,Higgins在实验中发现：当把氢焰放到一根两端开口大管子的适当位置时会在管子中激起声波振动。由此演化而来的Rijke管现在已经在大学课堂上广泛用作演示热声效应的装置了。另一种较早的热声装置Sondhauss管也是在十九世纪就提出来了。它与Rijke管的不同之处在于它是在一根只有一端开口的管中利用热声效应来发出声音的。
1878年，Rayleigh首先给出了热声振荡现象定性解释，他指出：对作声振动的介质，若在其最稠密的时候向其提供热量，而在其最稀疏时从其中吸取能量，声振动就会得到加强(热能转变为声能)。反之，若在其最稠密的时候从其中吸取热量，而在其最稀疏时向其提供能量，声振动就会得到衰减(声能转变为热能)。这就是所谓Rayleigh准则。
现代实验热声学最重要的发展之一是美国新墨西哥大学的Carter教授和他的研究生Feldman在1962年对Sondhauss管进行的改进。他们在Sondhauss管中采用适当结构来提高它的效率，大大加强了管内的热声效应，并以600W的热传输功率获得了27W的声功率。在美国Los Alamos国家实验室，Swift和Wheatley首先开展了对热声制冷机的研制工作。Wheatley教授认为声谐振驻波和表面泵热效应的组合可以形成一种完全新型的“自然发动机”。气体热声效应、固体介质与气流之间所需的时均相位差是通过自发不可逆过程，尤其是有限传热温差得到的。原则上说，这是热声制冷机同其他制冷循环的根本区别。通常的制冷循环需要提供外在的机械部件来保证循环中各过程的切换，而热声制冷机能自发调节相位，从而自动在各循环过程中进行切换。因此，热声制冷机具有部件少、成本低、结构简单、可靠性强等优点。<