时均流激声发动机是一种基于气动声学原理的新型能量转化装置,可以在不使用任何机械运动部件的情况下利用风和管道流体等时均流激发出具有较高能流密度和稳定频率的声场,从而实现时均流能到声场能的转化。该装置可用于驱动热声制冷机制冷或驱动发电机和换能器发电,为风能利用提供了新思路。鉴于其广阔的应用前景,本文致力于探索时均流激声发动机的工作机理,开展了正十字型时均流激声发动机的数值模拟与实验研究。基于涡声理论和计算流体动力学(CFD)方法,采用大涡模拟(LES)湍流模型对正十字型时均流激声发动机进行了数值模拟,分析了正十字型时均流激声发动机内部流场特性、声场特性、谐振管口的涡和声场之间的耦合作用关系。并且,数值计算结果与实验结果具有较好的吻合度。在国内首次研制了一台正十字型时均流激声发动机,以离心风机提供的气流模拟自然风,获得了稳定的驻波声场。实验和数值模拟方法相结合,揭示了发动机内的声场分布以及时均流速、斯特劳哈尔数等对其声场特性的影响。并利用可无级调节长度的谐振管,揭示了谐振管长度对于时均流激声发动机性能的影响规律。根据能量平衡法计算了时均流激声发动机的声源功率大小。实验研究表明,时均流激声发动机具有明确的运行稳定区域和不应区,并存在特定的转换规律。当谐振管长度为150～230mm时,声场始终处于基频模式,随着谐振管长度的增加,发动机具有更多的声学模态。涡激发的声源能量随谐振管长度的增大而减小,且与水力模态相关。时均流激声发动机产生稳定声场的工况点分布在特定的斯特劳哈尔数区域,并反映了流场的水力模态特性,这为合理设计时均流激声发动机运行工况提供了依据。此外,本文通过实验发现并确定了时均流激声发动机谐振管的临界长度。在时均流速为50.02m/s、谐振管长度为190mm时,实验中获得的谐振管末端最大压力振幅为15.54kPa,为平均压力的14.61%,涡所激发的声场能量为6.28W,该结果为后续利用时均流激声发动机进行风能制冷和发电奠定了实验基础。