Авторы

Границы термоакустической неустойчивости в термоакустическом двигателе с криогенным охлаждением

DOI: 10.17586/1606‑4313‑2020‑19‑4-20-26
УДК 621.486

Границы термоакустической неустойчивости в термоакустическом двигателе с криогенным охлаждением

Зиновьев Е. А., Воротников Г. В., Довгялло А.И., Некрасова С. О.

Ссылка для цитирования: Зиновьев Е. А., Воротников Г. В., Довгялло А. И., Некрасова С. О. Границы термоакустической неустойчивости в термоакустическом двигателе с криогенным охлаждением // Вестник Международной академии холода. 2020. № 4. С. 20–26. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2020‑19‑4-20-26

Аннотация
Представлены результаты исследования процесса возбуждения акустических колебаний (возникновения термоакустической неустойчивости) в термоакустическом двигателе на бегущей волне, в котором температура теплообменника-нагревателя поддерживается на уровне 300 К, а температура теплообменника-охладителя находится на криогенном температурном уровне. Описана математическая модель, которая позволяет определять границы термоакустической неустойчивости в термоакустическом двигателе с учетом его геометрических и теплофизических характеристик, а также используемого рабочего тела. Полученные результаты могут быть использованы при создании низкотемпературных термоакустических двигателей для преобразования теплоты в акустические колебания, которые впоследствии можно будет использовать в различных практических приложениях, например, для генерации электрической энергии и снижения затрат на регазификацию криогенных продуктов.

Ключевые слова: термоакустический двигатель, границы термоакустической неустойчивости, акустические колебания, математическая модель, криогенное охлаждение, регазификация.

Список литературы

Литература/References

1. Backhaus S., Tward E., Petach M., Backhaus S. Traveling-wave thermoacoustic electric generator. Applied Physics Letters. 2004. V. 85(6). P. 1085-1087.

2. Wang Y., Li Z., Li Q. A novel method for improving the performance of thermoacoustic electric generator without resonator. Energy Conversion and Management. 2016. V. 110. P. 135-141.

3. Wu Z., Zhang L., Dai W., Luo E. Investigation on a 1 kW traveling-wave thermoacoustic electrical generator. Applied Energy. 2014. V. 124. P. 140-147.

4. Wu Z., Yu G., Zhang L., Dai W., Luo E. Development of a 3 kW double-acting thermoacoustic Stirling electric generator. Applied Energy. 2014. V. 136. P. 866-872.

5. Bi T., Wu Z., Zhang L., Yu G., Luo E., Dai W. Development of a 5 kW traveling wave thermoacoustic electric generator. Applied Energy. 2015. V. 185(Part 2). P. 1355-1361.

6. Wang K., Qiu L., Wang B., Sun D., Lou P., Rao J., Zhang X. A standing wave thermoacoustic engine driven by liquid nitrogen. In: Advances in Cryogenic Engineering: AIP Conference Proceedings. 2012. V. 1434. P. 351-358.

7. Qiu L., P. Lou, K. Wang, B. Wang, D. Sun, J. Rao, X. Zhang Characteristics of onset and damping in a standing-wave thermoacoustic engine driven by liquid nitrogen. Chinese Science Bulletin. 2013. V. 58(11). P. 1325-1330.

8. Taconis K.W., Beenakker J.J.M., Nier A.O.C., Aldrich L.T. Measurements concerning the vapour-liquid equilibrum of solutions of He3 in He4 below 2.19 K. Physica. 1949. V. 15(8-9). P. 733–739.

9. Clement J.R., Gaffney J. Thermal Oscillations in Low Temperature Apparatus.Advances in Cryogenic Engineering. 1950. V. 1. P. 302-306.

10. Rott N. Damped and thermally driven acoustic oscillations in wide and narrow tubes. Journal of Applied Mathematics and Physics. 1969. V. 20. P. 230-243.

11. Rott N. Thermally driven acoustic oscillations. Part II: Stability limit for helium. Journal of Applied Mathematics and Physics. 1973. V. 24. P. 54-72.

12. Merkli P., Thomann H. Thermoacoustic effects in a resonance tube. Journal of fluid mechanics. 1975. V. 70(1). P. 161-177.

13. Yazaki T., Tominaga A., Narahara Y. Stability limit for thermally driven acoustic oscillation. Cryogenics.1979. V. 19. P. 393-396.

14. Yazaki T., Iwata A., Maekawa T., Tominaga A. Travelling wave thermoacoustic engine in a looped tube. PhysicsReviewLetters.1998. V. 81 (15). P. 3128-3131.

15. Зиновьев Е.А., Воротников Г.В., Харитонов А.А., Лысенков В.В. Экспериментальное исследование рабочего процесса термоакустического двигателя на бегущей волне. // Динамика и виброакустика. 2018. Т. 4. (2). С. 18-26.

16. Swift G.W. Thermoacoustics: A unifying perspective for some engines and refrigerators. Acoustical Society of America, New York. 2017. 326 pp.

17. Belcher J.R., Slaton W.V., Raspet R., Bass H.E., Lightfoot J. Working gases in thermoacoustic engines. Journal of Acoustical Society of America.2009. V. 105 (5). P. 2677-2684.

18.UedaY., Kato T., Kato C. Experimental evaluation of the acoustic properties of stacked-screen regenerators. Journal of Acoustical Society of America. 2009. V. 125 (2). P. 780-786.

Читать статью полностью