基于线性热声理论计算模型，设计了1台同轴行波热声制冷机。它包括惯性管（反馈管），容性腔，水冷器，回热器，冷端换热器，热缓冲管，弹性膜（用于抑制Gedeon声流）以及真空罩。

　　反馈管，因其将经过冷端换热器之后的声功进行回收而得名，它的存在使得冷端换热器出口的声功得到利用，从另外一个角度来看，它为制冷机回路提供了合适的惯性，使得回热器工作在行波成分为主的声场中，因而又被成为惯性管。该实验装置中惯性管主体部分长120mm，内径29mm，前后都存在一段过渡截面，以减少截面突变带来的能量损失。容性腔为系统提供合适的容抗，其尺寸为内径150mm，长220mm.在该腔体内速度较小的位置安装有弹性膜，弹性膜用来抑制Gedeon声流的产生。水冷器为行波热声制冷机中的室温换热器，将冷端泵送过来的热量通过冷却水带走，该换热器内部为紫铜换热器，是板翅式换热器的一种，内径100mm，长35mm.回热器是行波热声制冷机的核心部件，实现泵送热量的功能，它采用120目不锈钢丝网填压制作而成，内径100mm，长40mm.冷端换热器同样是板翅式换热器，内径100mm，长30mm，内部插入10根加热棒，用于测量制冷量。理想的热缓冲管中的气体起一个气体活塞（略微可压）的作用，将压力和速度波动从一端传递到另一端，同时也使得管两端热绝缘。但由于管内可能存在的Rayleigh声流会将焓从一段输运到另外一端，增加了制冷机中冷端换热器的负荷，尤其是大直径的热缓冲管更容易出现这样的声流，因此该制冷机将热缓冲管分布成10根内径29mm，长410mm左右的圆管。真空罩采用有机玻璃制成，采用真空泵维持内部动真空。

　　制冷机冷头壁面温度采用薄膜铂电阻温度传感器测量，其误差为±0.1K，温度计使用四线制，采用Lakeshore公司生产的恒流源供电。测量获得的电压信号通过NI公司的4351多通道扫描卡测量后由模块化仪器平台PXI进行采集处理，从而获得温度值。

　　压力信号采用昆仑海岸压阻式压力变送器测量，量程为4MPa，精度为0.25，采样信号经过8通道同步数据采集卡PXI4472输入模块化仪器平台PXI进行采集处理，数据经过快速Fourier变化可以得到压力的幅值，相位以及振荡频率。

　　2实验结果对比分析

　　文中同轴行波热声制冷机使用行波热声发动机驱动，以3.0MPa的氦气为工质，为了单独研究制冷机多个参数对性能的影响，固定制冷机入口压比（（p0 p1）/（p0-p1）=1.075，p0表示平均压力，p1表示一阶波动压力幅值），通过改变惯性管内径研究惯性管调相对制冷机性能的影响。对比使用弹性膜前后的制冷量，研究Gedeon声流的存在对制冷机性能的影响。

　　2.1典型的制冷性能曲线

　　刚开始制冷机冷头温度急剧下降，一直降到最低温-72.6℃时稳定，在冷头温度为-60℃，-40℃，-20℃以及0℃时，制冷机分别获得32.8W，85.8W，143W以及199.4W制冷量。图中，一些制冷量对应的温度线上，在达到稳定前都出现了一个小的峰值，这是因为加快实验进程，从一个制冷量到另外一个制冷量时，往往先将电功率加得预期值多一点，当到达制冷温度时再减小到所需测的制冷量引起的。而峰值之后会出现一个低谷，这是发动机热端温度没有稳定，制冷机入口压比高于设定值，尚未稳定，因而冷头温度会短时间内低于设定温度。随着时间的推移，发动机热端温度逐渐稳定，制冷机入口压比也逐渐降低区域平稳，从而使得冷头温度逐渐稳定。

　　2.2惯性管调相

　　对于行波热机来说，相位非常重要，一般来说，制冷机回热器工作在压力波与速度相位差为0°左右，其热声转化效率最高，但是对于整机来说，由于还存在其它部件的一些损耗，其效率并不一定最高，需要通过优化计算来获取最佳值。但对于环路来说，由于一些不可预计的损失，往往使得实际值与设计值有所偏差，因而需要在实验中进行调节，使效率达到最大值。在本系统中，由于热缓冲管已经固定，而惯性管则比较容易调节，因而采取调节惯性管的尺寸来获取最大值。

　　在惯性管内径从29mm变化到40mm之间，制冷机的制冷量先增大后减小，最大值出现在35mm.冷头温度Tc=-40℃时，制冷量极大值为106.86W，对应COP为0.89；Tc=-20℃时，制冷量为166.6W，对应COP为1.65；Tc=0℃时，制冷量为222W，对应COP为2.74，其中COP通过实际制冷量除以制冷机入口声功获得，由于入口声功难以通过实验测量获得，因此使用计算值替代。

　　2.3Gedeon声流的影响

　　Gedeon声流是一种时均质量流，它普遍存在于具有回路结构的热声系统中。该声流以时均对流焓的形式将热量从热端带到冷端，给冷端换热器增加了一个无用的热负荷。为了防止这种情况发生，时均质量流通过回热器就应该接近0.

　　3结论

　　基于线性热声理论计算模型，设计了1台结构紧凑的同轴行般热声制冷机。采用行波热声发动机驱动，工作频率在57Hz左右，以平均压力3.0MPa的氦气为工作介质，固定制冷机入口压比为1.075的前提下，研究制冷机的性能。通过改变惯性管内径，研究调相作用对制冷机性能的影响，制冷量随着惯性内径的增大先增大后减小，最大值出现在35mm.冷头温度Tc=-40℃时，制冷量极大值是106.86W，对应COP为0.89；Tc=-20℃时，制冷量极大值是166.6W，对应COP为1.65；Tc=0℃时，制冷量极大值是222W，对应COP为2.74.通过对比使用弹性膜前后制冷机冷量的变化，研究Gedeon声流对制冷机性能的影响。冷头温度为0℃时，Gedeon使制冷量下降11.4.随着冷头温度的降低，损失增大，冷头温度为-20℃时，Gedeon声流使制冷量下降47.66.Gedeon声流的存在使得制冷机最低温度由-73℃变为-35℃，极大地恶化了制冷机的性能。