Авторы

Экспериментальное исследование низкотемпературного термоакустического преобразователя

DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-3-4-12
УДК 621.468

Экспериментальное исследование низкотемпературного термоакустического преобразователя

Некрасова С. О., Сармин Д. В., Сивуха Д. В., Шихалев В. И.

Ссылка для цитирования: Некрасова С.О., Сармин Д.В., Сивуха Д.В., Шихалев В.И. Экспериментальное исследование низкотемпературного термоакустического преобразователя. // Вестник Международной академии холода. 2023. № 3. С.4-12. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-3-4-12

Аннотация
Термоакустический преобразователь (ТАП) является перспективным устройством генерации электроэнергии для использования в энергетических циклах на основе низкопотенциальной теплоты, т.к. ТАП имеет надежную конструкцию, простую настройку по рабочим температурам, внешний подвод теплоты. В статье разработана конструкция низкотемпературного атмосферного термоакустического преобразователя, работающего на основе самоподдерживающегося процесса осциллирующего движения газа в замкнутом контуре. Проведены экспериментальные измерения параметров низкотемпературного термоакустического преобразователя в режиме подачи криогенной жидкости для создания градиента температуры на регенераторе. Сравнение параметров низкотемпературного режима работы преобразователя с характеристиками в режиме градиента температуры «нагреватель-холодный теплообменник» производилось по рабочей частоте, температурной разнице режима запуска и производимой работе цикла. Экспериментальные результаты доказывают работоспособность низкотемпературного термоакустического преобразователя, температурная разница, соответствующая режиму запуска, составила 100...120 оС, что на 40% ниже, чем в высокотемпературном режиме работы. Увеличение термического кпд на режимах с подводом криогенной жидкости составило 8…10%. Полученные экспериментальные результаты согласуются с численным моделированием на основе уравнений линейной термоакустики.

Ключевые слова: термоакустический преобразователь, математическая модель, температурный режим, термоакустический эффект, криопродукт

Список литературы

1. Zhao L., Dong H., Tang J., Cai J. Cold energy utilization of liquefied natural gas for capturing carbon dioxide in the flue gas from the magnesite processing industry. Energy. 2016. Vol. 105. P. 45-56.

2. Xiong Y., Luo P., Hua B. A novel CO₂-capturing natural gas combined cycle with LNG cold energy utilization. Energy Proc. 2014. Vol. 61. P. 899-903.

3. Dovgyallo A.I., Uglanov D.A., Blagin E.V. etc. Technique for using the indicative library of characteristic fields in the design of low-temperature power plants with low-grade heat utilization. Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 57. Issue 11-12. P. 930-939.

4. Zhang G., Zheng J., Yang Y. A novel LNG cryogenic energy utilization method for inlet air cooling to improve the performance of combined cycle. Applied Energy. 2016. Vol. 179(1). P. 638-649.

5. Aspelund A., Gundersen T. A liquefied energy chain for transport and utilization of natural gas for power production with CO capture and storage – Part 4: sensitivity analysis of transport pressures and benchmarking with conventional technology for gas transport. Applied Energy. 2009. Vol. 86(6). P. 815-825.

6. Kaneko K, Ohtani K, Tsujikawa Y. Utilization of the cryogenic exergy of LNG by a mirror gas-turbine. Applied Energy. 2004. Vol. 79(4): P. 355-369.

7. Hisazumi Y, Yamasaki Y, Sugiyama S. Proposal for a high efficiency LNG powergeneration system utilizing waste heat from the combined cycle. Applied Energy. 1998. Vol. 60(3). P. 169-182.

8. Gómez M., Garcia R., Gómez J., Carril J. Review of thermal cycles exploiting the exergy of liquefied natural gas in the regasification process. Renew. Sustain. Energy Rev. 2014. Vol. 38. P. 781-795.

9. Wang J., Yan Z., Wang M., Dai Y. Thermodynamic analysis and optimization of an ammonia-water power system with LNG (liquefied natural gas) as its heat sink. Energy. 2013. Vol. 50. P. 513-522.

10. Pu L., Qu Z., Bai Y., Qi D., Song K., Yi P. Thermal performance analysis of intermediate fluid vaporizer for liquefied natural gas. Applied Therm. Eng. 2014. Vol. 65(1–2). P. 564-574.

11. Angleino G., Invernizzi C.M. The role of real gas Brayton cycles for the use of liquid natural gas physical exergy. Appl. Therm. Eng. 2011. Vol. 31(5). P. 827-833.

12. Li Y., Luo H. Integration of light hydrocarbons cryogenic separation process in refinery based on LNG cold energy utilization. Chem. Eng. Res. Des. 2015; Vol. 93. P. 632-9.

13. Cao W., Beggs C., Mujtaba I. Theoretical approach of freeze seawater desalination on flake ice maker utilizing LNG cold energy. Desalination. 2015. Vol. 355. P. 22-32.

14. Dong H., Zhao L., Zhang S., Wang A., Cai J. Using cryogenic exergy of liquefied natural gas for electricity production with the Stirling cycle. Energy. 2013. Vol. 63(1). P. 10-18.

15. Szczygieł I., Stanek W., Szargut J. Application of the Stirling engine driven with cryogenic exergy of LNG (liquefied natural gas) for the production of electricity. Energy. 2015. Vol. 105. P. 25-31.

16. Backhaus S., Tward E., Petach M. Traveling-wave thermoacoustic electric generator. Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85(6). P. 1085-7.

17. Wu Z., Luo E., Dai W. Experimental investigation of a 500 W traveling-wave thermoacoustic electricity generator. Sci.Bull.2011. Vol. 56(19). P. 1975-7.

18. Wu Z., Dai W., Man M., Luo E. A solar-powered traveling-wave thermoacoustic electricity generator. Sol. Energy. 2012. Vol. 86(9). P. 2376-82.

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

20. Ward W.C., Swift G.W. Design environment for low-amplitude thermoacoustic engines. JournalofAcousticalSocietyofAmerica.1994. Vol. 95 (6). P. 3671-3672.

21. 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.

Читать статью полностью