热声热机是通过热致声效应实现热声循环或通过声制冷原理实现热声逆循环的一种装置。这种新型的无运动部件热功转换装置,充分的利用了热声谐振代替了传统的机械压缩,而这种方法使得热声热机无论是热声发动机方向,还是热声制冷机方向都具有鲜明的特点;其基本结构简单可靠、使用寿命长、工作噪声低、且无污染的特点突出,也使热声热机发展方向明朗,应用前景广阔。但由于热声效应的热和声相互转化过程涉及到非常复杂的非线性因素,各个理论都存在其局限性和适应性。为了加深对热声热机工作机理的理解,本文基于有限时间热力学理论,分别建立热声热机理论循环模型、热声发动机循环模型和热声制冷机循环模型。利用数值方法分析了各设计参数对系统性能的影响,并得出了系统的最佳运行特性和计算最佳工作区间的方法。全文工作如下:第一部分为热声热机理论循环模型的建立,将热声系统中气体工质波动方程与单原子气体工质的内能变化量方程、理想气体状态方程和能量守恒方程相结合,导出了工质气体与毛细管壁之间的横向热交换量的解析式,从不同的角度解释模型的热声自激振荡机理,结果将有益于我们理解热声效应原理的本质。第二部分为热声发动机循环的有限时间热力学分析与优化。在内可逆模型的基础上建立了考虑不可逆、热漏的热声发动机模型,推导出无量纲功率、效率、（火用）效率、利润率及纯利润率的解析式。分别分析了系统在考虑内不可逆性和外不可逆性条件下各设计参数对优化目标的影响,得到了系统的最佳工作区间。通过优化热声热机的压力驱动比得到了循环系统的最优性能特性。结果表明,存在压力驱动比的合理范围,使热声发动机循环中利润率和效率可几乎同时到达最优,具有实际意义。第三部分为热声制冷机循环的有限时间热力学分析与优化。在内可逆模型的基础上建立了考虑不可逆、热漏的热声制冷机模型,导出了无量纲制冷率、制冷系数、（火用）效率、利润率及纯利润率的解析式。分别分析了系统在考虑内不可逆性和外不可逆性条件下各设计参数对优化目标的影响,得到了系统的最佳工作区间。通过优化热声制冷机的压力驱动比得到了循环系统的最优性能特性。结果表明,热声制冷机存在最优利润率和无量纲最优制冷率,但无量纲制冷率和制冷系数无法同时最优。