进入新的世纪,能源短缺成为一个重要的问题凸显在了人类面前。现在大规模使用为人类提供能源的化石燃料,如煤炭、石油等都日渐枯竭,而随着人类对更高生活水平的追求,人们对能源的需求量却在不断增加。同时原有大量使用的化石燃料带来的副作用,如温室效应、酸雨、光污染等对人类的生存也发出了挑战,这些燃料日渐变的不再经济。因此,寻找新的更为清洁的替代能源,或者更为高效的使用现有能源势在必行。风能、潮汐能、太阳能和核能等都是目前新能源的热点,同时近几十年发展起来的以热声技术为基础的热声机械在对能源的综合利用方面展现了它的潜力和前景。热声机械能够利用常规技术无法利用的低品位能源,而且热声发动机在理论和实践上均达到了与现有发动机相当的效率。另外,热声制冷技术也是国际制冷领域的研究前沿和发展重点。对其的深入研究必将推动制冷与低温技术的重大革新,并在超导红外、清洁能源、生物医学工程、节能环保等涉及国计民生、高新技术以及国家安全领域获得重要应用。但是高压比、大尺寸的高效率热声机械仍需进一步研究。基于此,本文利用自己编写的程序针对热声现象和实际的热声机械中的关键部件——谐振管的性能和能耗做了计算和分析:　　 1、开发了一套定常/非定常、针对较低马赫数的可压缩流动计算的程序。数值计算结果表明,该程序能够较好地模拟低速/高速、定常/非定常、粘性/无粘可压缩流动情况,为了提高空间格式的精度和计算稳定性,选用了SGSD、SMART、四阶紧致格式等计算格式,计算结果良好。　　 2、通过对方腔内热声对流问题的计算,模拟了热声波的产生、传播和衰减的过程,研究了热声对流对流场的影响,以及一些参数对热声波形状和强度的影响。　　 3、通过对外加振动的谐振管内部流动的计算,利用输出压比和品质因子等参数对不同外形的谐振管做定性的评估,从而帮助设计和遴选更为高效的谐振管。　　 4、针对实际热声发动机中使用的大尺寸锥形谐振管进行了数值模拟,模拟了谐振管内声波的传递和流场变化规律,并进行了能耗分析,为热声发动机的工程设计提供了一定的帮助。　　 本文的主要创新点如下:　　 1.改进了SIMPLEC算法,考虑流动的可压缩性,通过引入状态方程同时修正速度和密度使其满足连续性方程,开发了一套非定常、针对低马赫数的可压缩流动计算的程序。利用平板边界层和涡发展问题等算例对程序进行了验证。　　 2.利用自有程序从数值上给出了不同外形谐振管在同样输入功率下的输出压比和品质因子(其表征谐振管内总储能与消耗能量之比)这两个重要参数,此结果表明圆锥型(Cone)谐振管和喇叭圆锥型(Horn-Cone)谐振管性能要优于圆柱型(Cylinder)谐振管。　　 3.谐振管自身声功的消耗一直是实验中的难点,本文首次利用自有的计算流体力学程序对实际应用中的大尺度谐振管内流动进行了计算,计算结果与实验结果吻合,获得了实验中较难获得的谐振管消耗的声功,验证了锥形谐振管对高次谐波的抑制,发现了管内消耗的声功相对于发动机输入功率为小量。