热声发动机是一种新型热机，可采用热能驱动，具有完全无运动部件、结构简单、低成本以及对环境友好等优点，可望应用于电子器件冷却、天然气液化、脉管制冷以及发电等领域。热声发动机可利用太阳能、废热等低品位热源，在世界能源日益紧张的背景下，其在节能方面具有较大潜力，因而受到越来越广泛的关注。本文针对热声发动机核心部件回热器(或板叠)的能量利用、转化机理进行探索，并开展了输出强化机理研究，以达到提高发动机效率和输出能力的目的。本文主要的研究工作包括：　　 ⑴提出多温位热源驱动的热声回热器概念。低温位能源广泛存在，而目前利用的效率较低。本文提出在热声发动机中采用多温位热源驱动的回热器概念，从而在保证较高效率的前提下，利用一部分低温位热源。以二温位驱动的热声回热器为例，对其性能进行理论预测，并从热力学定律出发，结合线性热声理论推导并计算了声容、冷却器、回热器、加热器和热缓冲管中的总功、时均焓流、声功、熵流和火用流的表达式，对中部加热器布置在回热器的不同位置、加入不同功率时的能量转化机理进行分析和讨论，给出中部加热器最优加热量的优化方法。开展实验对理论研究进行验证，结果表明，与常规回热器的热声发动机相比，二温位热源驱动的回热器可提高热声发动机的压比、声功、效率和火用效率。多温位热源驱动的回热器使热声发动机可利用低温位热源这一优点更加突出，该研究进一步加深了对回热器能量转化机理的认识。　　 ⑵采用红外成像法对热声回热器起消振过程进行了可视化研究。降低热声发动机的起振温度可使发动机利用更低温位的热源，因而研究起振机理具有重要意义。本文在一台斯特林热声发动机上，采用红外热像仪对起消振过程中回热器的温度分布进行测量，获得了回热器直观的温度分布，分析了吉登直流和亥姆霍兹谐振器对发动机起消振过程的影响，揭示了起消振过程中温度分布演化过程，在发动机连接谐振长度下的亥姆霍兹谐振器时发现无跳变起振过程。研究表明，红外测量技术可作为一种有效的方法应用在热声发动机研究中。　　 ⑶开展了利用冷量火罔的热声板叠性能研究。利用冷量火用驱动热声发动机可望成为一种有潜力的冷能利用方式。本文在一台驻波热声发动机中，采用液氮作为冷源提供低温下的温度火用，对冷量火用驱动下的板叠进行了理论预测和实验研究。结果表明，随着发动机内工质温度的降低，热声发动机的起振温差降低，压力振幅增加，获得相同的压力振幅与常温相比需要的冷热端温差减小。低温温区下以N2为工质、充气压力0.5 MPa时，获得1.21的压比所需温差比常温降低40.4％，在424.7 K的温差下获得1.24的压比。仅用液氮冷却，实验中发现了反复起振过程，发动机在冷却器温度为163.8 K、冷热端温差109.7 K时起振。研究证明了在热声发动机中利用冷量火用，或者同时利用冷量火用和低温位热源而提高发动机性能的可行性。　　 ⑷开展了热声发动机输出强化及热功转化机理的理论和实验研究。通过在热声发动机和负载之间连接传输管道可大幅提高发动机的输出压比，这依赖于对传输管道的合理设计。本文对二级声压放大器进行了研究，获得1.62的压比；在热声发动机中利用亥姆霍兹谐振器的声功放大功能提高发动机输出性能，获得1.49的压比。本文建立了无源管路系统的计算模型，为了使其更加接近实际，在模型中讨论了流动为紊流时的修正方法，提出当R/δv较大且修正因子n＞1时，利用修正因子n对紊流进行进一步修正。实验结果验证了该修正方法的有效性，实验结合理论计算揭示了其各种无源管路系统中的热功转化机理。