DOI: 10.55176/2414-1038-2021-2-127-138
Авторы
Верещагина Т.Н., Михеев А.С., Кудряева Ю.В.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Верещагина Т.Н. – главный научный сотрудник, доктор технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: +7 (484) 399-83-60; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Михеев А.С. – старший научный сотрудник.
Кудряева Ю.В. – инженер-конструктор 1 категории.
Аннотация
В статье приведен обзор истории научных исследований и практических разработок в области термоакустики с 18-го до 20-го века. Представлено также современное состояние исследований и разработок в области термоакустики. Приведены основные уравнения теории линейной термоакустики (обобщенные уравнения Ротта – Свифта). Показано, что в настоящее время имеются широкие возможности применения различных устройств, использующих прямой и обратный термоакустический эффект. Перечислены особенности и преимущества применения термоакустических устройств. Особое внимание уделено системам охлаждения на основе термоакустического эффекта. Показано, что разработка холодильных установок, основанных на термоакустическом эффекте, является актуальной и перспективной задачей. Обозначены проблемы, возникающие при проектировании и моделировании термоакустических устройств. Сделан вывод об актуальности теоретических и экспериментальных исследований в области термоакустики. В статье также приведены результаты анализа публикационной активности в области термоакустики за последние 20 лет. Сделан вывод о существенном росте количества публикаций по результатам исследований в области термоакустики за последние 20 лет, как в России, так и за рубежом. На основе анализа изобретательской активности сделаны выводы о широкой сфере применения термоакустических устройств и о направлениях их совершенствования.
Ключевые слова
реакторная установка, тяжелый жидкометаллический теплоноситель, подготовка теплоносителя, очистка, поддержание заданного режима, массообменный аппарат, датчик активности кислорода, диспергатор газа, фильтр теплоносителя, аэрозольный фильтр, обоснование характеристик, экспериментальная методика, модель
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Strutt J.W. (Rayleigh) The explanation of certain acoustical phenomena. Nature, 1878, vol. 18. no. 455, pp. 319–321.
- Стрэтт Дж. В. (лорд Рэлей). Теория звука. Том 2. Л.: ГИТТЛ, 1944. 477 c.
- Rossing T.D. Handbook of Acoustics. New York: Springer Science+Bisiness Media, 2007. 1171 p.
- Воротников Г.В. Методика моделирования рабочего процесса термоакустического двигателя на установившемся режиме. Дисс. канд. тех. наук. Самара, 2019. 208 с.
- Zalluhoglu U., Olgas N. Thermo-acoustic instability: Theory and experiments. IFAC-PapersOnLine, 2015, vol. 48–42, pp. 75–80.
- Калугин Я.П., Арсеев А.В. Исследование пульсирующего горения в крупных установках. ИФЖ, 1975, т. 28, № 4, c. 661–669.
- Radebaugh R. Development of the pulse tube refrigerator as an efficient and reliable cryocooler. Proc. Inst. Refrigeration. London, 2000, pp. 11–29.
- Radebaugh R. Crioculers: the state of the art and resent developments. J. Phys. Condensed Matter, 2009, vol. 21, p. 164219.
- Hofler T., Wheatley J.C., Swift G.M, Migliori A. Acoustic cooling engine. Patent US, no. 4722201, 1988.
- Белозерцев В.Н., Пулькина А.Ю. Проблемы и перспективы систем охлаждения с термоакустическим приводом. Вестник Международной академии холода, 2017, № 3, c. 41–46.
- Mikulin E.L., Tarasov A.A., Shkrebyonock M.P. Low-temperature expansion pulse tubes. Adv. Cryogenic Eng, 1984, vol. 29, pp. 629–637.
- Карагусов В.И., Мальцев П.С. Бортовой термоакустический кондиционер на природном газе. Транспорт на альтернативном топливе, 2011, № 4 (22), c. 45–47.
- Миронов М.А., Пятаков П.А. Термоакустические технологии получения холода. Холодильная техника, 2011, № 7, c. 20–25.
- Мехтиев А.Д., Югай В., Есенжолов У.С., Калиаскаров Н.Б. Двигатель с внешним подводом теплоты на основе термоакустического эффекта для автономной тепловой электростанции. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика», 2019, т. 19, № 2, c. 22–30.
- Некрасова С.О., Сармин Д.В., Угланов Д.А. и др. Численное и экспериментальное исследование термоакустического охладителя на пульсационной трубе. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2015, т. 17, № 6(2), с. 505–513.
- THEAC-25. The Silent One Thermo Acoustic Energy Converter. Sound Energy. Available at: http://circularenergy.eu/wp-content/uploads/2019/11/SoundEnergy-brochure-A4-LR6.pdf (accessed 08.06.2020).
- Hasegawa S., Sharify E.M. Traveling-wave thermoacoustic refrigerator driven by a multistage traveling-wave thermoacoustic engine. Applied Thermal Engineering, 2017, vol. 113, pp. 791–795.
- Xu J., Hu J., Zhang L., Luo C., Dai W. Numerical Investigation on Looped Thermoacoustically-Driven Criocooler for Natural Gas Liquefaction. Energy Procedia, 2017, vol. 105, pp. 1725–1729.
- Nirvana Energy Systems. Available at: https://nirvana-es.com/technology.html (accessed 08.06.2019).
- Новый тепловой двигатель от компании Etalim. Доступно на: https://www.joule-watt.com/energy-news/novy-j-teplovoj-dvigatel-etalim-tac/ (дата обращения 08.06.2020).
- Higgins W. On the Sound produced by a Current Hydrogen Gas passing through a Tube. Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, 1802, no. 2, pp. 129–130.
- Rijke P.L. Notice of a new method of causing a vibration of the air contained in a tube open at both ends. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 1859, vol. 183, pp. 419–422.
- Rijke P.L. Notiz über eine neue Art, die in einer an beiden Enden offenen Röhre enthaltene Luft in Schwingungen zu versetzen. Wiley-VCH, 1859, vol. 183, no. 6, pp. 339–343.
- Riess P. Das Anblasen offener Röhren durch eine Flamme. Annalen der Physik, 1859, vol. 184, no. 12, pp. 653–656.
- Riess P. Anhaltendes Tönen einer Röhre durch eine Flamme. Annalen der Physik, 1860, vol. 185, issue 1, pp. 145–147.
- Richardson E G. The Theory of the Singing Flame. Proceedings of the Physical Society of London, 1922, vol. 35, no. 1, pp. 47–54.
- Lehmann K.O. Uber die Theorie der Netztöne (thermisch erregte Schallschwingungen. Annalen der Physik, 2006, vol. 421, no. 6, pp. 527–555.
- Раушенбах Б.В. Вибрационное горение. М.: Гос. изд. физ-мат. литературы, 1961. 501 c.
- Рогинский О.Г. О вибрационном горении. Акустический журнал, 1961, т. 7, вып. 2, с. 131–154.
- Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1991, 600 c.
- Rott N. Damped and thermally driven acoustic oscillations in wide and narrow tubes. Journal of Applied Mathematics and Physics, 1969, vol. 20, pp. 230–243.
- Gifford W.E., Longsworth R.C. Pulse tube refrigeration progress. Adv. Cryogenic Eng., 1965, vol. 10, pp. 69–79.
- Rott N. Thermoacoustics. Advances in Applied Mechanics, 1980, vol. 20, pp. 135–175.
- Backhaus S., Swift G.W. A thermoacoustic Stirling heat engine. Nature, 1999, vol. 399, pp. 335–338.
- Backhaus S., Swift G.W. A thermoacoustic Stirling heat engine: Detailed study. J. Acoust. Soc. Am., 2000, vol. 107 (6), pp. 3148–3166.
- Swift G.W. Thermoacoustic engines. J. Acoust. Soc. Am., 1988, vol. 84 (4), pp. 1145–1180.
- Swift G.W. Thermoacoustics: A Unifying Perspective for Some Engines and Refrigerators. New York, Acoustical Society of America, 2002. 345 p.
- Ward W.C., Swift G.W. Design environment for low amplitude thermoacoustic engines DeltaE. J. Acoust. Soc. Am., 1994, vol. 95, pp. 3671–3672.
- Wheatley J., Hofler G.W., Swift G.W., Migliori A. Experiments with an intrinsically irreversible acoustic heat engine. Phisical Review Letters, 1983, vol. 50, pp. 53–62.
- Backhaus S., Tward E.L., Petach M. Thermoacoustic Power Systems for Space Applications: Contract Report, Los Alamos: Thermal Physics Group, Los Alamos National Laboratory, 2001. Available at: https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-01-5811 (accessed 02.04.2021)
- Мароне И.Я., Таракановский А.А. Исследования возбуждения звука в трубке Рийке. Акустический журнал, 1967, т. 13, № 2, c. 302–304.
- Марченко В.Н., Тимошенко В.И. Исследование термической генерации звука в трубке Рийке. Акустический журнал, 1970, т. 16, № 2, c. 323–324.
- Тимошенко В.И. Исследование аэротермического усиления звука в трубах. Акустический журнал, 1971, т. 17, № 4, c. 621–622.
- Таракановский А.А., Штейнберг В.Б. Возбуждение акустических колебаний в трубе со сдвоенной сеткой Рийке. Акустический журнал, 1972, т. 18, вып. 2, c. 299–304.
- Польшин А.В. Труба Рийке как источник одночастотных акустических колебаний. Акустический журнал, 1982, т. 28, вып. 1, c. 106–110.
УДК 534.142
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 2, 2:9
