近年来,随着社会的发展及人们生活水平的不断提高,以建筑为代表的消费型能耗比例不断上升,建筑能耗逐渐成为了社会总用能之最,建筑节能也成为了中国节能重点领域之一,而高效的建筑能源系统是降低建筑能耗的有效手段。双级行波热声热机是近年来发展起来的一种新型热功转换装置,因其拥有可采用中低温热源,无有害物质排放,且效率高、可靠性好等优点成为了工程热物理及能源领域研究的热点。因此,发展基于双级行波热声热机的高效建筑能源系统以应对新能源体制下的节能技术发展需求具有重大意义。本文首先对热声热机的研究进展及现状进行了简单回顾,总结了线性热声理论基本控制方程及方程组的解,给出了热声系统时均能量方程及评价系统性能的指标。之后重点研究了以下内容:(1)提出了一种适用于双级行波热声热机的系统设计方案。根据线性热声理论,结合现行压力管道设计标准,对双级行波热声热机系统内各热声元件进行设计计算,介绍了换热器的结构及材料,并给出其长度取值的量化指标;确定了回热器的结构型式,并校核了回热器结构参数的合理性;提出了采用直圆管与锥形管串联的热缓冲管型式以抑制其内产生的“Reyleigh声流”,并给出其长度的量化指标;采用带冷却套管的谐振管替代次室温冷端换热器以降低系统内阻力损失,利用DeltaEC确定谐振管管径,并给出了频率与其长度的关系式。(2)基于线性热声模拟软件DeltaEC对双级行波热声热机系统进行了数值模拟研究。介绍了双级行波热声热机的系统结构,并描述了系统内部声功流和总能流的传递过程。根据双级行波热声热机的中心对称性,构建了该系统的DeltaEC简化模型,提出对其中一级热声热机单元进行模拟也可实现模拟整圈环路的设想,并进行了验证,同时证明了双级行波热声热机系统声场分布具有中心对称性。利用DeltaEC对双级行波热声热机稳态工作条件下的运行特性进行了模拟研究,获得了系统内声场、声功流及总能流的沿程分布规律,探究了不同工况下不同回热器长度对净声功、输入功率、热效率及压比的影响。(3)搭建了一台可调节谐振管及回热器长度,且能够实现系统单、双级切换的环路行波热声热机实验装置。基于第二章中的双级行波热声热机的设计方案和第三章的数值模拟研究,进行了双级热声热机实验系统的搭建工作。着重叙述双级行波热声热机主机各部件的结构及制作工艺,并提出了一种能改变回热器长度的热声核结构,该热声核结构能实现对回热器长度的离散性调节。并在谐振管上增设多组法兰连接件,不仅可以实现不同长度谐振管的更换,还能够手动切换热声热机系统的级数。介绍了实验的测量系统以及真空系统。引入碟式太阳能光热系统作为双级行波热声热机的驱动热源,并对该热源系统进行了介绍。