Motoren von Thermoacoustic (manchmal genannt "TA Motoren") sind thermoacoustic Geräte, die Schallwellen des hohen Umfangs verwenden, um Hitze von einem Platz bis einen anderen zu pumpen, oder umgekehrt einen Hitzeunterschied zu verwenden, um Schallwellen des hohen Umfangs zu veranlassen. Im Allgemeinen, thermoacoustic Motoren kann in stehende Welle und Reisen-Welle-Geräte geteilt werden. Diese zwei Typen von thermoacoustics Geräten können wieder in zwei thermodynamische Klassen, eine primäre Energiequelle geteilt werden (oder einfach Motor heizen), und eine Wärmepumpe. Die primäre Energiequelle schafft Arbeit mit der Hitze, wohingegen eine Wärmepumpe schafft oder Hitze mit der Arbeit bewegt.

Im Vergleich zu Dampf-Kühlschränken, thermoacoustic Kühlschränke haben kein Ozon entleerendes oder toxisches Kühlmittel, und wenige oder keine bewegenden Teile verlangen deshalb kein dynamisches Siegeln oder Schmierung.

Operation

Übersicht des Geräts

Ein thermoacoustic Gerät besteht grundsätzlich aus Hitzeex-Wechslern, einem Resonator und einem Stapel (auf Geräten der stehenden Welle) oder Wiedergenerator (bei reisenden Welle-Geräten). Abhängig vom Typ des Motors könnten ein Treiber oder Lautsprecher ebenso verwendet werden, um Schallwellen zu erzeugen.

Betrachten Sie eine Tube als geschlossen an beiden Enden. Einmischung kann zwischen zwei Wellen vorkommen, die in entgegengesetzten Richtungen an bestimmten Frequenzen reisen. Die Einmischung verursacht Klangfülle, die eine stehende Welle schafft. Klangfülle kommt nur an bestimmten Frequenzen genannt Klangfülle-Frequenzen vor, und diese werden durch die Länge des Resonators hauptsächlich bestimmt.

Der Stapel ist ein Teil, der aus kleinen parallelen Kanälen besteht. Wenn der Stapel an einer bestimmten Position im Resonator gelegt wird, er hat eine stehende Welle im Resonator gehabt, ein Temperaturunterschied über den Stapel gemessen werden kann. Durch das Stellen von Hitzeex-Wechslern an jeder Seite des Stapels kann Hitze bewegt werden. Das Gegenteil ist ebenso, durch das Schaffen eines Temperaturunterschieds über den Stapel möglich, eine Schallwelle kann veranlasst werden. Das erste Beispiel ist eine einfache Wärmepumpe, während das zweite eine primäre Energiequelle ist.

Das Hitzepumpen

Um im Stande zu sein, Hitze zu schaffen oder zu bewegen, muss Arbeit getan werden, und die akustische Macht stellt diese Arbeit zur Verfügung. Wenn ein Stapel innerhalb eines Resonators gelegt wird, kommt ein Druck-Fall vor. Die Einmischung zwischen der eingehenden und widerspiegelten Welle ist jetzt unvollständig, da es einen Unterschied im Umfang gibt, der die stehende Welle veranlasst, wenig zu reisen, der Welle akustische Macht gebend.

In der akustischen Welle pressen Pakete von Benzin adiabatisch zusammen und breiten sich aus. Druck und Temperatur ändern sich gleichzeitig; wenn Druck ein Maximum oder Minimum erreicht, die Temperatur auch. Hitze, die entlang einem Stapel in einem Gerät der stehenden Welle pumpt, kann jetzt mit dem Zyklus von Brayton beschrieben werden.

Unten ist gegen den Uhrzeigersinn Zyklus von Brayton, der aus vier Prozessen für einen Kühlschrank besteht, wenn einem Paket von Benzin zwischen zwei Tellern eines Stapels gefolgt wird.

1. Adiabatische Kompression des Benzins. Wenn ein Paket von Benzin von seiner niedrigstwertigen Position bis seine leftmost Position versetzt wird, ist das Paket zusammengepresst und so die Temperaturzunahmen adiabatisch. An der leftmost Position hat das Paket jetzt eine höhere Temperatur als der warme Teller.
2. Wärmeübertragung von Isobaric. Die Temperatur des Paketes ist höher als dieser des Tellers, der es veranlasst, Hitze dem Teller bei der unveränderlichen Druck-Verlieren-Temperatur zu übertragen.
3. Adiabatische Vergrößerung des Benzins. Das Benzin wird zurück von der leftmost Position bis die niedrigstwertige Position und wegen der adiabatischen Vergrößerung versetzt das Benzin wird zu einer Temperatur tiefer abgekühlt als dieser des kalten Tellers.
4. Wärmeübertragung von Isobaric. Die Temperatur des Paketes ist jetzt niedriger als diese der Teller-Verursachen-Hitze, die vom kalten Teller bis das Benzin an einem unveränderlichen Druck zu übertragen ist, die Temperatur des Paketes zurück zu seinem ursprünglichen Wert vergrößernd.

Reisen-Welle-Geräte können mit dem Zyklus von Stirling beschrieben werden.

Temperaturanstieg

Eine Motor- und Wärmepumpe sowohl verwendet normalerweise einen Stapel als auch heizt Ex-Wechsler. Die Grenze zwischen einer primären Energiequelle und Wärmepumpe wird vom Temperaturanstieg-Maschinenbediener gegeben, der der durch den kritischen Temperaturanstieg geteilte Mitteltemperaturanstieg ist.

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Der Mitteltemperaturanstieg ist der Temperaturunterschied über den durch die Länge des Stapels geteilten Stapel.

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Der kritische Temperaturanstieg ist ein Wert abhängig von bestimmten Eigenschaften des Geräts wie Frequenz, Querschnittsfläche und Gaseigenschaften.

Wenn der Temperaturanstieg-Maschinenbediener ein zu weit geht, ist der Mitteltemperaturanstieg größer, als der kritische Temperaturanstieg und der Stapel als eine primäre Energiequelle funktionieren. Wenn der Temperaturanstieg-Maschinenbediener weniger als ein ist, ist der Mitteltemperaturanstieg kleiner, als der kritische Anstieg und der Stapel als eine Wärmepumpe funktionieren.

Theoretische Leistungsfähigkeit

In der Thermodynamik ist die höchste erreichbare Leistungsfähigkeit die Leistungsfähigkeit von Carnot. Die Leistungsfähigkeit von thermoacoustic Motoren kann im Vergleich zur Leistungsfähigkeit von Carnot mit dem Temperaturanstieg-Maschinenbediener sein.

Die Leistungsfähigkeit eines thermoacoustic Motors wird durch gegeben

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Der Koeffizient der Leistung einer thermoacoustic Wärmepumpe wird durch gegeben

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Abstammungen

Das Verwenden Navier-schürt Gleichungen für Flüssigkeiten, Rott ist im Stande gewesen, für thermoacoustics spezifische Gleichungen abzuleiten. Schnell fortgesetzt mit diesen Gleichungen, Ausdrücke für die akustische Macht in thermoacoustic Geräten ableitend.

Leistungsfähigkeit in der Praxis

Die effizientesten thermoacoustic Geräte gebaut haben bis heute eine Leistungsfähigkeit, die sich 40 % der Grenze von Carnot oder ungefähr 20 % bis 30 % insgesamt (abhängig von Hitzemotortemperaturen) nähert.

Höhere Temperaturen des heißen Endes können mit thermoacoustic Geräten möglich sein, weil es keine bewegenden Teile gibt, so der Leistungsfähigkeit von Carnot erlaubend, höher zu sein. Das kann ihre niedrigere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Hitzemotoren als ein Prozentsatz von Carnot teilweise ausgleichen.

Forschung in thermoacoustics

Moderne Forschung und Entwicklung von thermoacoustic Systemen basieren größtenteils nach der Arbeit von Rott (1980)

und später Steven Garrett und Greg Swift (1988),

in dem geradlinige thermoacoustic Modelle entwickelt wurden, um ein grundlegendes quantitatives Verstehen und numerische Modelle für die Berechnung zu bilden. Kommerzielles Interesse ist auf Nische-Anwendungen solcher als klein zur mittleren Skala kälteerzeugende Anwendungen hinausgelaufen.

Geschichte

Die Geschichte von thermoacoustic heißen Luftmotoren hat 1887 angefangen, als Herr Rayleigh die Möglichkeit der pumpenden Hitze mit dem Ton besprochen hat. Wenig weitere Forschung ist bis zur Arbeit von Rott 1969 vorgekommen.

Ein sehr einfacher thermoacoustic heißer Luftmotor ist die Tube von Rijke, die Hitze in die akustische Energie umwandelt. Dieses Gerät verwendet jedoch natürliche Konvektion.

Aktuelle Forschung

Orest Symko an der Universität Utahs hat ein Forschungsprojekt 2005 genannt Thermal Acoustic Piezo Energy Conversion (TAPEC) begonnen.

Score Ltd. wurde der M von 2 £ im März 2007 zuerkannt, um einen Kochherd zu erforschen, der auch Elektrizität liefern wird und das Verwenden der Thermoakustischen Wirkung für den Gebrauch in Entwicklungsländern abkühlend.

Cool Sound Industries, Inc. entwickelt ein Klimaanlage-System, das thermoacoustic Technologie mit einem Fokus auf HVAC Anwendungen verwendet. Wie man fordert, hat das System hohe Leistungsfähigkeit und niedrige Kosten im Vergleich zu konkurrierenden Kühlungstechnologien, und verwendet keinen HFC, keinen HCFC und keinen mechanischen Kompressor.

Q-Drive, Inc. ist auch mit dem Entwickeln thermoacoustic Geräte für die Kühlung mit einem Fokus auf kälteerzeugenden Anwendungen beschäftigt.

Siehe auch

• SASER, gesunde Erweiterung durch die stimulierte Emission der Radiation

Weiterführende Literatur

• Frank Wighard "Doppelte Stellvertretende Pulstube Electroacoustic System" amerikanische Offene 5,813,234

Außenverbindungen

• Kerbe-Ofen, das Vereinigte Königreich
• Los Alamos National Laboratory, New Mexico, die USA
• Cool Sound Industries, Inc.
• Staatliche Universität von Penn, die USA
• Die Macht des Tons, amerikanischer Wissenschaftler online-
• Thermoacoustics an der Universität von Adelaide, Australien, Webarchiv-Unterstützung: Diskussionsforum
• Universität von Adelaide
• Hören Sie Das? Der Kühlschrank, Kühlt Verdrahteter Artikel Magazine Ab