随着电子器件的微型集成化程度和对可靠性要求的提高，电路及芯片的散热问题显得格外突出。本文提出采用微型热声发动机作为辅助电子芯片散热的手段，利用芯片工作时产生的废热作为热源，当温度超过一定阈值时，将引起微型热声发动机中的自激振荡，实现热到声的转换，以达到调节芯片温度的目的。交变的声场不仅可以强化散热，而且可以实现热量在空间的转移。由于热声转换过程是随热量和温度的变化而变化的，微型热声热机能够随芯片工作状态的变化，实现对其温度进行自适应的调节。目前对于微型热声发动机的研究尚处于起步阶段，国外仅有犹他大学和华盛顿州立大学进行了实验样机的研制工作，国内还未见相关研究的报道。已有的研究工作主要集中在1/4波长驻波机以及环形圈型行波机，整机结构不够紧凑，不适合封装利用。已报道实验样机上的最好性能为：最低34℃的起振温差，最高166.8dB的声压幅值以及驱动压电振子时最高2V的开路电压。本文以获得较低的起振温度、较高的热声转换效率为目标，经过分析1/4波长热声发动机存在的问题，开展了1/2波长高频驻波热声发动机的探索研究工作，同时也开展了高频热声发动机驱动压电振子进行发电的理论和实验研究。微型热声发动机具有声功增益小的特征，因此，减小各元件段的损耗对于整机性能的提高至关重要，针对这一特点，本文开展了以下几个方面的工作：　　 ⑴以线性热声学为理论基础，分析了1/4波长微型热声发动机声功损耗大的原因，通过热声热机效率的比较，提出更适合于微型化的1/2波长的热声发动机整机方案。建立了kHz级1/2波长驻波热声发动机的整机模型，开展了数值模拟计算，并以起振温度和声压幅值为目标函数，分析了运行参数和结构参数的影响，完成了1/2波长微型热声发动机初步方案的论证；　　 ⑵考虑微型热声整机系统输出功能的需要以及整机系统耦合匹配的条件，使用具有较高本征频率的压电振子作为高频热声发动机的负载，建立了微型热声发动机直接驱动压电振子的整机热声模型，仿真计算获得了1/2波长微型热声压电振子发电系统的整机声场模态及耦合边界条件；建立了压电振子的模型，研究分析了压电振子不同边界条件所具有的模态特性和阻抗特性，建立了压电振子发电模型，拟定了发电特性的计算方法；在理论计算的基础上，开展了压电振子振动、谐振特性的实验测量，获得了压电振子的阻抗特性；　　 ⑶回热器的特征尺寸是决定热声转换强弱以及回热器内部声功损耗的重要参数。为了验证线性热声学的高频适用性，本文采用流体网络理论的方法，建立了回热器传输损耗管路模型，分析了回热器特征尺寸对回热器传输损耗的频率响应关系，并将该特性关系作为回热器选择优化的参考指标。后续的实验表明，通过传输损耗获得回热器特征尺寸的方法，为降低热声发动机自激起振的温度，进行微型热声发动机的整机设计提供了很好的理论支撑；　　 ⑷回热器在声场中的位置决定了热声效应的方向和强弱。从行驻波声场理论出发，分析了回热器内部动态换热系数随声场性质以及轴向平均温度梯度的变化关系。依据行驻波理论的分析表明，回热器动态换热系数对热声效应影响很大，而且还起到决定回热器最佳布置位置重要作用，为热声热机中布置回热器位置提供了理论指导。同时，根据行驻波理论，可以在1/2波长的热声系统中进行双热声核的布置方案，在相同的谐振管壁面损耗的前提下，提高整机的利用率，进一步体现了1/2波长机型的优越性；　　 ⑸在整机数值模拟与回热器元件理论设计的基础上，首次在kHz范围内探索研制了一台结构简单紧凑的耐压型1/2波长微型驻波热声发动机。实验研究了kHz级1/2波长驻波热声发动机的起振和自激振荡过程。采用低导热率纤维作为回热器的填充材料，大大降低了起振温度，不带压电振子负载时，最低起振温差为26℃，带压电振子负载时，最低起振温度为40℃，远低于已有文献的报道结果，具备了在芯片散热领域开展进一步研究的基本条件。由于提高充气压力的缘故，声压较目前己报道的同频率范围的驻波型热声发动机高一倍，达到173dB。