热声热机以惰性气体为工质且无运动部件,具有结构简单、可靠性高、环境友好等优点,是一种新型的热功转换装置。具有多个热声单元的行波热声热机系统通过改变流道的横截面积来降低回热器中流体的本地速度以维持声阻抗不变,可在较低工作温度下获得较多的声功,极具实现低品位热能高效利用的潜力。但较多的热声单元不仅会增加系统结构的复杂性,同时也增加了制造成本和声功在传播中的能量损失。另外,多个热声单元需多个热源加热,这种分散式的加热方式也不利于热能得利用。对于中温驱动下的行波热声热机,考虑到系统性能和上述外加影响因素的矛盾,本文选用两个热声单元的行波热声系统作为研究对象,通过数值模拟和实验的方法对热声系统进行了研究。主要内容包括:1.基于线性热声软件Delta EC构建出了双级行波热声热机的计算模型,研究了谐振管的几何参数对热声热机性能的影响规律。结果表明,谐振管和变径管长度与直径的改变会影响到回热器处压力波动和体积流率的幅值及相位。对不同内径的谐振管均存在某一特定长度使得系统产生的声功和压比最大。采用较长谐振管时可提高系统的热效率,但会降低系统的频率,减少声功密度。对不同长度的谐振管存在某一特定的直径的变经管使得系统产生的声功和压比最大。变径管长度增加时,系统的声功和压比减小,但对系统的热效率影响较小。2.搭建了一台双级行波热声系统试验台,采用氮气和氦气两种工质进行了实验,研究了充气压力的大小以及球阀的开度对系统的起振和系统稳定时的性能。实验发现,气体工质为氮气比工质为氦气时,系统的起振温度更低,压力振幅和压比更大,工作频率更低,但工质为氦气时系统产生的声功更多。提高充气压力可降低系统的起振温度,增大系统的压力振幅,增加系统热声转换效率,使系统产生更多的声功,但会降低系统的压比。采用球阀减小谐振管局部横截面积时,可显著降低系统的起振温度。对系统的压力振幅、压比和声功而言,均存在一个最佳的球阀开度值使其各自获得最大值。此外,对试验中出现的问题进行了分析,并提出了改进建议。