近年来,强声波助燃除尘技术在电站锅炉中得到了一定应用,并取得了良好的经济和环境效益。这表明,强声波在强化煤粉燃烧和换热器热交换过程等方面具有较大潜力。然而,该技术在燃煤电站锅炉中并未得到全面推广。究其根本原因,该技术缺乏对强声场与传热、燃烧和清灰过程之间基本物理关系和作用机理的清晰认识,如强声波作用下燃煤颗粒的运动特性、强声波对煤颗粒及换热管传热行为的影响规律及强声波与燃煤颗粒和换热器管相互作用形成的非线性声流特性等均缺乏足够的基础理论研究。基于以上背景,本文工作以提高锅炉综合热效率为目的,开展了强声波作用下非线性声流效应及影响传热特性的研究,旨在为推动电站锅炉声学技术的应用提供基础理论和关键技术支撑。本文主要工作如下:（1）本文从Navier-Stokes方程组出发分析了周期性强声波扰动下非线性声流的驱动机制,并推导了静态背景场下热粘性形式的时均二阶非线性声流控制方程。阐明了声波在物体壁面声学边界层内的热粘性耗散是形成经典边界层驱动声流的主要机制。为求解非线性声流控制方程,提出了雷诺应力法（RSM）和极限滑移速度法（LVM）两种数值方法。研究表明,雷诺应力法可实现任意物理模型声边界层内、外声流的精确模拟计算,但对计算资源要求高;相比较而言,极限滑移速度法仅适用于几何简单物理模型声边界层外声流的数值计算,但具有对计算资源要求低的优势。（2）理论推导得到了强声波作用下煤粉颗粒的运动方程,并给出了非线性夹带系数公式。研究了声学参数、流体物性参数和煤颗粒物性参数对煤颗粒振荡特性和夹带效应的影响规律。理论计算表明,距离声源不同位置处的颗粒具有不同的振荡周期和振幅,呈现出丰富的振荡特征;非线性夹带系数与颗粒位置、颗粒质量和声频率等参数成负相关,而与烟气温度成正相关。进而,建立了平面驻波声场中煤颗粒的动力学数值模型,综合考虑了声流曳力和声辐射力等次级效应对煤颗粒运动特性的影响。计算表明,在150 dB、1 000 Hz的驻波声场作用下,存在临界直径dcrit=160μm;当煤颗粒直径小于临界颗粒直径时,煤颗粒主要受到具有旋涡形式的声流曳力作用,反之,主要受到声辐射力的作用向着声压波节位置团聚。最后,利用雷诺应力法（RSM）数值计算了驻波场中煤颗粒周围的非线性声流特性,通过无量纲参数分析得到了煤颗粒周围径向流速度分布和涡尺度随雷诺数Re和斯特劳哈尔数Sr的一般变化规律。结果表明,随Sr和Re增大,声学边界层内的涡流结构尺度呈指数形式减小,颗粒表面切应力增大。（3）利用雷诺应力法（RSM）数值计算了行波场中换热器管道周围非线性声流的流场和传热特性。针对单换热管,无量纲参数分析表明,无量纲声流强度随着斯特劳哈尔数Sr的增大呈某一特定指数函数减弱,而随着雷诺数Re的增大呈直线形式增强。进而,计算了换热管束和管阵列结构场中的非线性声流特性。分析了声压级、声频率、声波入射方向和管间距等参数对管间声流特性的影响规律。研究表明,换热管周围呈现丰富的声流旋涡特性,出现旋涡的合并、收缩和分裂等流体现象,声流旋涡对换热管壁面具有强切应力作用。最后,耦合计算了声流流场变化对传热的影响规律,计算表明,低频强声和高频强声分别在换热管道壁面形成的声流内涡、外涡流决定了换热管道不同的传热行为。（4）实验研究了强声波作用下热铜球的对流换热特性,分析了不同频段（500～3500 Hz）声波影响对流传热的作用机理。实验证实了低频高强声形成的强声流效应是影响热量传递的主要机制。对于热钢管,当声波作用方向与浮力方向一致时,低频强声作用下,热钢管壁面对流换热系数呈“V”型分布;而在高频强声波作用下,热钢管壁面对流换热系数呈“Λ”型分布。此外,实验发现,声波不仅能强化对流换热过程,也能起到阻碍热传递的效果。声波对传热过程的强化或削弱与热源的结构参数和声学参数有关。（5）基于Nyborg扰动理论,理论推导了背景物理场下的时均二阶非线性声流控制方程,并建立了背景物理场作用下非线性声流的数值计算模型。分析了背景流场和非均匀温度场对非线性声流特性的影响规律。研究表明,当背景流场流速大于声场质点速度幅值的0.1倍时,非线性声流容易被背景流场淹没。此外,非线性声流对温度梯度场非常敏感,随着温度梯度的增大,靠近高温区的非线性声流旋涡快速膨胀,其流动强度呈指数形式增强。