열음향 열기관

열음향 엔진(일명 "")TA 엔진'은 고진폭 음파를 사용하여 한 곳에서 다른 곳으로 열을 퍼 올리거나(이것은 확성기가 제공하는 작업이 필요함), 열차를 사용하여 음파의 형태로 작업을 생성하는 열음향 장치입니다(이러한 파형은 마이크와 같은 방식으로 전류로 변환될 수 있습니다).

이러한 장치는 정재파 또는 이동파 중 하나를 사용하도록 설계될 수 있습니다.

증기 냉장고에 비해 열음향 냉장고는 냉각수가 없고 움직이는 부품(라우드스피커만 해당)이 적기 때문에 동적 씰링이나 ^[1]윤활이 필요하지 않습니다.

역사

소리를 내는 열의 능력은 수 세기 ^[2]전에 유리 블로어들에 의해 알려졌습니다.

1850년대 실험에서 온도차가 이 현상을 일으켰으며, 음향 부피와 강도는 튜브 길이와 전구 크기에 따라 다르다는 것을 보여주었다.

Rijke는 튜브의 4분의 1 위에 열선 스크린을 추가하면 소리가 크게 확대되어 가장 압력이 높은 튜브의 공기에 에너지를 공급한다는 것을 시연했습니다.추가 실험 결과, 최소 압력의 지점에서 공기를 냉각시키면 유사한 증폭 ^[2]효과가 발생하는 것으로 나타났습니다.Rijke 튜브는 자연 대류를 사용하여 열을 음향 ^[3]에너지로 변환합니다.

1887년경, Rayleigh 경은 소리로 열을 퍼 올리는 가능성에 대해 논의했다.

1969년, 로트는 ^[4]그 주제를 다시 시작했다.유체에 대한 Navier-Stokes 방정식을 사용하여, 그는 열음향학에 ^[5]특화된 방정식을 도출했습니다.

선형 열음향 모델은 기본적인 정량적 이해와 계산을 위한 수치 모델을 형성하기 위해 개발되었습니다.

Swift는 이러한 방정식을 계속하여 열음향 ^[6]장치의 음향력에 대한 식을 도출했습니다.

1992년에 유사한 열음향 냉동 장치가 우주왕복선 ^[2]디스커버리호에 사용되었습니다.

유타 대학의 Orest Symko는 2005년에 TAPEC(^[7]Thermal Acoustic Piezo Energy Conversion)라고 불리는 연구 프로젝트를 시작했습니다.

중소규모 극저온 어플리케이션 등 틈새 어플리케이션.Score Ltd.는 2007년 3월에 개발도상국에서 ^[8][9]사용할 수 있는 전기와 냉각을 제공하는 스토브를 연구하기 위해 200만파운드의 상금을 받았습니다.

방사성 동위원소 가열 열음향 시스템이 에어버스에 의해 제안되고 심우주 탐사 임무를 위해 프로토타입으로 제작되었다.이 시스템은 기존의 열전대 기반 시스템이나 ASRG ^[10]프로토타입에 사용되는 제안된 스털링 엔진과 같은 다른 발전기 시스템에 비해 이론적으로 약간의 이점이 있습니다.

Sound Energy는 열(일반적으로 폐열 또는 태양열)을 다른 전원 없이 냉각으로 전환하는 THEAC 시스템을 개발했습니다.이 장치는 아르곤 가스를 사용합니다.이 장치는 폐열로 인해 발생하는 소리를 증폭하고, 그 결과 발생하는 압력을 다른 열차이로 다시 변환하며, 스털링 사이클을 사용하여 ^[2]냉각 효과를 생성합니다.

작동

열음향장치는 음파 내에서 기체의 구획이 단열적으로 압축 및 팽창하고 압력과 온도가 동시에 변화한다는 점을 이용하여 압력이 최대 또는 최소에 이르면 온도도 변화한다.기본적으로 열 교환기, 공진기 및 스택(정체파 장치) 또는 재생기(이동파 장치)로 구성됩니다.엔진 유형에 따라 드라이버 또는 확성기를 사용하여 음파를 발생시킬 수 있습니다.

양끝이 닫힌 튜브에서는 특정 주파수에서 반대 방향으로 이동하는 두 개의 파형 사이에 간섭이 발생할 수 있습니다.이 간섭은 공명을 일으켜 정재파를 생성합니다.스택은 작은 병렬 채널로 구성됩니다.정재파가 있는 공진기의 특정 위치에 스택을 배치하면 스택 전체에서 온도차가 발생합니다.스택의 양쪽에 열교환기를 배치함으로써 열을 이동할 수 있습니다.그 반대도 가능합니다.스택 전체의 온도차가 음파를 생성합니다.첫 번째 예는 히트 펌프이고 두 번째 예는 원동력입니다.

히트 펌프

차가운 저장소에서 따뜻한 저장소로 열을 생성하거나 이동하려면 작업이 필요합니다.음향 파워가 이 작업을 제공합니다.스택에 의해 압력 강하가 발생합니다.이제 들어오는 음파와 반사된 음파 사이의 간섭은 불완전합니다.진폭의 차이로 인해 정재파가 이동하게 되어 파형의 음향파워를 얻을 수 있습니다.

정재파 장치의 스택을 따라 열 펌핑하는 것은 브레이튼 사이클을 따릅니다.

냉장고의 시계 반대 방향 브레이튼 사이클은 스택의 두 판 사이에 있는 가스 한 구획에 영향을 미치는 네 가지 공정으로 구성됩니다.

1. 가스의 단열 압축.가스 소포가 가장 오른쪽 위치에서 가장 왼쪽 위치로 이동하면 소포가 단열 압축되어 온도가 높아집니다.이제 가장 왼쪽 위치에 있는 소포의 온도가 따뜻한 플레이트보다 높습니다.
2. 등압성 열전달.소포의 온도가 높기 때문에 일정한 압력에서 플레이트로 열을 전달하여 가스를 냉각시킵니다.
3. 가스의 단열 팽창.가스는 최좌측 위치에서 최우측 위치로 이동됩니다.단열 팽창으로 인해 가스는 냉판보다 낮은 온도로 냉각됩니다.
4. 등압성 열전달.소포의 온도가 낮으면 열이 냉판에서 기체로 일정한 압력으로 전달되어 소포의 온도가 원래 값으로 되돌아갑니다.

이동 파형 장치는 스털링 사이클을 사용하여 설명할 수 있습니다.

온도 구배

엔진과 열펌프는 일반적으로 스택과 열교환기를 사용합니다.원동기 및 열펌프 사이의 경계는 평균 온도 구배를 임계 온도 구배로 나눈 온도 구배 연산자에 의해 지정됩니다.

$(\displaystyle \mathrm {I} = frac {\nabla T_{m}} {\nabla T_{crit}})$

평균 온도 구배는 스택 전체의 온도차를 스택 길이로 나눈 값입니다.

$(\displaystyle \displayla T_{m}={Delta T_{m}}{\Delta x_{stack}}})$

임계 온도 구배는 주파수, 단면적 및 가스 특성과 같은 장치의 특성에 따라 달라지는 값입니다.

온도구배 연산자가 1을 넘으면 평균 온도구배가 임계온도구배보다 커지며 스택은 원동기로 동작한다.온도구배 연산자가 1 미만일 경우 평균 온도구배는 임계구배보다 작아지고 스택은 히트펌프로 동작한다.

이론적인 효율

열역학에서 달성 가능한 가장 높은 효율은 카르노 효율입니다.열음향 엔진의 효율은 온도 구배 연산자를 사용하여 카르노 효율과 비교할 수 있습니다.

열음향 엔진의 효율은 다음과 같습니다.

${\displaystyle \eta = frac {\mathrm {I} }$

열음향 열 펌프의 성능 계수는 다음과 같습니다.

${\displaystyle COP=\mathrm {I} \cdot COP_{c}}$

실용적 효율

가장 효율적인 열음향 장치는 카르노 한계치의 40% 또는 전체(열 엔진 ^[11]온도에 따라 다름) 약 20~30%에 근접하는 효율성을 가집니다.

열음향 장치에는 가동 부품이 없으므로 카르노 효율이 더 높아지기 때문에 열음향 장치에서는 더 높은 핫엔드 온도가 가능할 수 있습니다.이는 카르노 비율로서 기존 열 엔진에 비해 낮은 효율을 부분적으로 상쇄할 수 있다.

이상적인 스털링 사이클은 이동파 소자에 의해 근사되며, 정재파 소자에 의해 근사되는 이상적인 브레이튼 사이클보다 본질적으로 더 효율적입니다.그러나 주행파 디바이스에서 열접촉을 양호하게 하기 위해 필요한 세공은 정재파 스택에 비해 좁아 마찰손실이 커 실용성이 떨어진다.이동파 디바이스에서 자주 사용되지만 정재파 디바이스에서는 필요하지 않은 트로이덜 지오메트리는 ^{[further explanation needed]}루프 주위의 Gedeon 스트리밍으로 인한 손실을 증가시킬 수도 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 자극 방사선에 의한 소리 증폭(SASER)

레퍼런스

추가 정보

외부 링크

• 미국 뉴멕시코 주 로스앨러모스 국립연구소
• 호주 애들레이드 대학의 열음향학 웹 아카이브 백업:토론 포럼
• 애들레이드 대학교
• 들립니까? Wired Magazine 기사 "The Fredge Is Cilling" (냉장고는 차가워지고 있습니다)
• 정파 열음향 엔진 실험