热声发动机是一种将热能转换为机械能的新型无运动部件热机,因其具有运行可靠、寿命长、环境友好等优点被广泛研究。热声发电是热声发动机的重要应用方向之一,近年来虽已取得诸多进展,但是其热电转换效率与传统热电技术相比仍有差距,这严重制约了热声发电系统的推广和应用。随着热声热机构型的推陈出新,热声系统的起振温度大幅下降,使其在低品位热能利用领域取得了很大的突破。本文拟采用直线电机作为发电装置建立适宜以低品位热源驱动的可变级数环路行波热声发电系统,并对其性能开展了模拟及实验研究。主要工作包括:1.基于热声理论对一～四级环路热声发动机驱动负载开展数值模拟。主要分析负载阻抗、系统运行频率和负载连接位置对热声转换效率及负载输入声功的影响,以探究热声发动机和负载的耦合关系,获得适宜的负载阻抗大小区间。2.基于声力电类比网络对对置式直线电机进行理论建模。计算推导声电转换效率、输出电功率和总阻抗等参数的表达式,之后对各级环路热声发动机驱动直线电机开展了数值模拟工作。模拟中获得了最高70%的声电转换效率及5.1%的热电转换效率。3.基于数值模拟结果搭建了可变级数环路热声发电系统的实验装置。采用2.4MPa的He/Ar混合工质对加热温度为200℃以下的各级系统性能开展实验研究。实验中获得的一、二、三和四级发电系统的最低起振温度分别为142℃、82℃、62℃和49℃;最大热电转换效率及对应温度分别为3.50%@193℃、3.14%@196℃、3.90%@192℃和2.37%@155℃。由此验证各级系统利用低品位热源驱动发电的可行性。