Технология термоакустики для применения в машинах

Технология термоакустики для применения в машинах

Твердое вещество способно служить средой взаимодействия тепловых и звуковых волн. Эффект аналогичен тому, когда жидкость применяется внутри термоакустических двигателей или холодильных машин. По этому принципу создаются бесконтактные машины, срок службы которых увеличивается значительно. Нарушения герметичности системы ограничены, когда инженеры проектируют термоакустические машины, работающие по принципу взаимодействия колебаний температурных и звуковых волн.

Термоакустика разных физических тел

Инженерам Университета Нотр-Дам удалось понять принцип действия системы, где термоакустика теоретически зарождается внутри твёрдых тел либо жидких.

Технология термоакустики, правда, находится пока что в «экспериментальном» состоянии, но в будущем может развиться и стать эффективной, особенно в суровых условиях космоса, где отмечаются сильные колебания температуры.

Термоакустика – это явление установлено давно и хорошо изучено по отношению к жидкостям и газам. Между тем влияние тепла на жидкость в канале или какой-то полости, сопровождается спонтанной генерацией звуковых волн. Эти волны распространяются в теле вещества.

Привычные и давно «обработанные» системы, использующие жидкости, характерны тем, что заставляют разработчиков принимать меры для удержания рабочих сред — исключения утечек.

Этот фактор заставил учёных рассматривать твердотельные тела перспективной альтернативой.

Свойства твердых веществ лучше поддаются контролю, что  потенциально делает твёрдые вещества более подходящими, чем жидкости. Однако учёным нужно было прежде убедиться, что явление термоакустики теоретически существует в составе твердых сред.

Благодаря термоакустике, отработанное тепло или механические колебания можно преобразовывать в другую форму энергии.

Например, холодильные машины создают звуковые волны с температурным градиентом горячей и холодной зон. Вибрационное движение делает холодные зоны более холодными, а горячие более горячими.

Работа двигателей характерна противоположными процессами, когда градиент температуры, полученный за счёт отработанного тепла, создаёт механические колебания.

Твердотельная термоакустика и перспективы внедрения

Твердотельная термоакустика изначально виделась маловероятным явлением. Твёрдые вещества отличаются лучшей «стабильностью» по сравнению с жидкими, обладают свойствами лёгкого рассеивания механической энергии. Это затрудняет генерацию теплоты звуковыми волнами.

Однако учёным удалось разработать теоретическую модель, где тонкий металлический стержень создаёт механические колебания по причине влияния температурного градиента на отдельные сегменты стержня.

Фактически имеет место механическая диссипация энергии, которая показывает, как твердые вещества сжимаются подобно жидкостям в процессе охлаждения и расширяются в процессе нагрева. Если же вещество подвергается сжатию при охлаждении и расширению при нагреве, общий момент движения увеличивается.

Таким образом, технология термоакустики твёрдых тел видится привлекательной идеей, которую, правда, необходимо ещё реализовать в практический вид.

Инженеры Университета Нотр-Дам работают над завершением экспериментальной установки. Прототип машины  должен утвердить теоретическую идею к практическому применению.


По материалам: Purdue


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *