Создание и первый запуск термоакустического двигателя с бегущей волной

    Вот в этой статье — «Термоакустический двигатель – двигатель Стирлинга без поршней», я писал о том, как двигатель Стирлинга совершенствовался и дошёл до состояния термоакустического двигателя. В этой статье я расскажу о том как построить и испытать свой собственный термоакустический двигатель.

    image

    Рис.1. Четырёхступенчатый термоакустический двигатель с бегущей волной

    Термоакустический двигатель с бегущей волной — это двигатель с внешним подводом тепла. Двигатель преобразует тепловую энергию в акустическую, благодаря совершению термодинамического цикла, наиболее близкого к циклу Стирлинга. Далее, акустическую энергию можно преобразовать в электроэнергию с помощью двунаправленной турбины, подключённой к электрогенератору и таким образом получить тепловой генератор с минимумом движущихся частей и электрическим КПД равным 30 — 50 % от КПД цикла Карно.

    Каков принцип работы двигателя ?



    image

    Гифка. 1. Двигатель Стирлинга альфа типа

    Для начала рассмотрим двигатель Стирлинга альфа типа. Если отбросить все второстепенные детали, то он состоит из: цилиндра, в котором происходят сжатия, расширения и перемещения газа; поршней, которые собственно и осуществляют манипуляции с газом; теплообменников, которые подводят и отводят тепловую энергию; и регенератора, который запасает тепло при прохождении газа из горячего в холодный теплообменник, а затем отдаёт тепло при движении газа обратно.
    При разности фаз 90 градусов между движением поршней реализуется термодинамический цикл, который в итоге производит работу над поршнями. Так обычно описывают работу двигателя Стирлинга.

    Но можно посмотреть на этот процесс иначе. Несколько суток всматриваясь в гифку 1., можно понять, что сжатия, расширения и перемещения газа — это по сути всё тоже самое, что происходит в акустической волне. А если это тоже самое, значит это и есть акустическая волна.

    image

    Гифка. 2 Одноступенчатый термоакустический двигатель с бегущей волной

    Таким образом вполне возможно избавиться от поршней и заменить их на акустический резонатор, в котором будет образовываться акустическая волна и производить всю работу поршней.

    Данная конструкция — это акустическая автоколебательная система, которую можно сравнить с электрической автоколебательной системой. Здесь есть резонатор (как резонансный контур в электрической схеме) в виде закольцованной трубы и элемент, усиливающий акустические колебания — регенератор (как источник питания, подключаемый в нужный момент времени в электрической схеме). При увеличении разности температур между теплообменниками, увеличивается коэффициент усиления мощности акустической волны, проходящей через регенератор. Когда усиление в регенераторе становиться больше чем затухание при прохождении волны через остальные элементы, происходит самозапуск двигателя.

    В самый начальный момент времени, при старте двигателя, происходит усиление шумовых колебаний неизбежно присутствующих в газе. Причём, из всего спектра шума усиливаются в основном только колебания с длиной волны равной длине корпуса двигателя (Длина волны с основной резонансной частотой). И далее, при работе двигателя, подавляющая часть акустической энергии приходится на волну с основной резонансной частотой. Данная акустическая волна представляет собой сумму бегущей и стоячей волн. Стоячая компонента волны возникает по причине отражения части волны от теплообменников и регенератора и наложения этой отражённой волны на основную. Наличие стоячей составляющей волны снижает эффективность, что необходимо учитывать при конструировании двигателя.

    Рассмотрим свободную бегущую волну. Такая волна возникает в резонаторе двигателя.

    image

    Гифка. 3 Графики температуры и давления в бегущей акустической волне в резонаторе

    В резонаторе волна очень слабо взаимодействует со стенками резонатора (гифка. 3), так как диаметр резонатора слишком большой, чтобы оказывать сильное влияние на такие параметры газа как температура и давление. Но влияние всё же есть. Во первых, резонатор задаёт направление движения волны, во вторых волна теряет энергию в резонаторе по причине взаимодействия со стенкой в приграничном слое газа. На анимации можно видеть, что произвольно взятая элементарная порция газа в свободной волне нагревается при сжатии и остывает при расширении, то есть сжимается и расширяется почти адиабатически. Почти адиабатически — это потому, что у газа присутствует теплопроводность, хоть и небольшая. При этом в свободной волне зависимость давления от объёма (PV диаграмма) представляет собой линию. То есть как газ не совершает работу, так и над газом не совершается работа.

    Совершенно иная картина наблюдается в регенераторе двигателя

    image

    Гифка. 4 Графики температуры и давления в регенераторе

    В присутствие регенератора газ расширяется и сжимается уже не адиабатически. При сжатии газ отдаёт тепловую энергию регенератору, а при расширении отбирает энергию и зависимость давления от объёма уже представляет собой овал. Площадь этого овала численно равна работе совершаемой над газом. Таким образом в каждом цикле совершается работа, что приводит к усилению акустических колебаний. На гифке 4 на графике температуры белая линия — температура поверхности регенератора, а синяя — температура элементарной порции газа.

    Основные постулаты при взаимодействии волны с регенератором таковы: первый постулат — в регенераторе присутствует градиент температуры с максимумом у горячего теплообменника и минимумом у холодного и второй постулат — это то что газ сильно термически взаимодействует с поверхностью регенератора, то есть моментально принимает локальную температуру регенератора (синяя линия лежит на белой). Для того чтобы добиться хорошего теплового контакта между газом и регенератором необходимо делать поры в регенераторе маленьких размеров — порядка 0.1 мм и меньше (в зависимости от используемого газа и давления в двигателе).

    Из чего состоит регенератор? Обычно он представляет собой стопку из стальных сеток. Здесь, в анимации он показан, как набор из параллельно расположенных пластин. Такие регенераторы тоже существуют, но более сложные в изготовлении, чем из сеток.

    Из чего состоит термоакустический двигатель с бегущей волной?



    image

    Рис.2. Обозначения элементов одноступенчатого двигателя

    Про теплообменники, регенератор и резонатор уже всё понятно. Но обычно в двигатель ставят ещё вторичный холодный теплообменник. Его основная цель — не допустить прогрева полости резонатора горячим теплообменником. Высокая температура газа в резонаторе плоха тем, что у горячего газа выше вязкость, а значит выше и потери в волне, затем высокая температура снижает прочность резонатора и ещё зачастую есть необходимость поставить в резонатор далеко не жаропрочную аппаратуру, как например пластиковый турбогенератор, который не выдержит нагрева. Полость между горячим теплообменником и вторичным холодным называют термальной буферной трубкой. Она должна быть такой длины, чтобы тепловое взаимодействие между теплообменниками не было существенным.

    Наибольшая эффективность достигается при установке турбины в резонатор со стороны горячего теплообменника, то есть сразу за вторичным холодным.

    Одноступенчатый двигатель изображённый на рис.2 называется двигателем Цеперли, так как его конструкцию впервые придумал Питер Цеперли.

    image

    Рис.3. Схема четырёхступенчатого двигателя

    Одноступенчатую конструкцию можно улучшить. Де Блок в 2010 году предложил вариант четырёхступенчатого двигателя (рис. 3). Он увеличил диаметр теплообменников и регенератора относительно диаметра резонатора, для того чтобы уменьшить скорость газа в области регенератора и тем самым снизить трение газа о регенератор, а также увеличил количество ступеней до четырёх. Увеличение количества ступеней приводит к уменьшению потерь акустической энергии. Во первых сокращается длина резонатора для каждой ступени и потери энергии в резонаторе уменьшаются. Во вторых уменьшается разность между фазами скорости и давления в зоне регенератора (убирается стоячая компонента волны). При этом уменьшается минимальная разность температур, необходимая для запуска двигателя.

    Так — же можно построить двигатель с двумя, с тремя и более чем с четырьмя ступенями. Выбор количества ступеней — это дискуссионный вопрос.

    При прочих равных, мощность двигателя определяется диаметром ступени, чем он больше, тем больше мощность. Длину корпуса двигателя следует выбирать такую, чтобы частота колебаний желательно была менее 100 Гц. При слишком коротком корпусе — то есть, при слишком высокой частоте колебаний потери акустической энергии увеличиваются.

    Далее я опишу постройку такого двигателя.

    Создание двигателя


    Двигатель, который я буду описывать — это тестовый мини прототип. Не планируется, что он будет вырабатывать электроэнергию. Он нужен для отработки технологии преобразования тепловой энергии в акустическую, и слишком мал, для того чтобы встроить в него турбину и вырабатывать электроэнергию. Для выработки электроэнергии готовиться более крупный прототип.

    image

    Рис. 4. Корпус

    Итак, изготовление я начал с корпуса. Он состоит из 4 — х ступеней и 4 — х резонаторов и топологически представляет собой полый бублик согнутый два раза пополам на 180 градусов. Ступени соединяются с резонаторами при помощи фланцев. Весь корпус сделан из меди. Это нужно для того чтобы иметь возможность быстро впаять что либо в корпус и так же быстро выпаять. Резонаторы изготовлены из медной трубки внешним диаметром 15 мм и внутренним 13 мм. Ступень из трубы внешним диаметром 35 мм и внутренним 33 мм. Длина ступени от фланца до фланца — 100 мм. Суммарная длина корпуса — 4 м.


    Рис. 5. Горячий (слева) и холодный (справа) теплообменники

    Затем сделал теплообменники. Это пластинчатые теплообменники. Основные элементы конструкции данных теплообменников — это вот такие медные пластины и шайбы

    image

    Рис. 6. Медная пластина и медная шайба

    Размеры теплообменников: диаметр около 32,5 мм, толщина пластин 0.5 мм, расстояние между пластинами 0.5 мм, внешний диаметр шайбы 10 мм, внутренний 7 мм, длина холодного теплообменника 20 мм, горячего 15 мм

    У горячего теплообменника электрический нагрев осуществляется при помощи установленной в центральное отверстие нихромовой нити. Максимальная тепловая мощность 100 Вт. Как бы не было парадоксально, использовать электричество для запуска электрогенератора, но это очень удобно для тестового прототипа. Использование нагрева электричеством, а не газом ли какой либо другой тепловой энергией избавляет от трудностей с подсчётом входящей тепловой энергии, так как в случае электронагрева достаточно просто умножить напряжение на силу тока и будет точно известна входящая тепловая мощность. Точно измерить входящую тепловую мощность — это важно для подсчёта КПД.

    Холодный теплообменник охлаждается пропусканием сквозь центральный канал охлаждающей жидкости, в данном случае воды. Нагретая в теплообменнике вода поступает во внешний охладительный радиатор, в качестве которого используется радиатор от печки такого суперкара как «Жигули»
    image

    Рис. 7. Медный радиатор отопителя от ВАЗ-2101-8101050

    После прохождения через охладительный радиатор вода возвращается в холодный теплообменник. Циркуляцию воды осуществляет циркуляционный насос постоянного тока Topsflo Solar DC Circulation Pump 5 PV.
    image

    Рис. 8. Циркуляционный водяной насос 12В

    image

    Рис. 9. Одна из сеток регенератора

    Регенератор — стопка из 20 штук нержавеющих сеток с диаметром проволоки — 0.2 мм и расстоянием между проволоками в сетке — 0.71 мм

    image

    Рис. 10. Детали, входящие в состав одной ступени

    image

    Рис. 11. Ступень в разрезе

    На данных рисунках можно видеть, что кроме теплообменников и регенератора, внутри ступени присутствуют алюминиевые вставки. Они нужны просто для того чтобы можно было вывести провода для горячего теплообменника и штуцеры для холодного теплообменника через стенку трубы. Без этих вставок выводить пришлось бы через фланцы, что очень неприятно или даже невозможно. Так что в каждой из вставок имеется отверстие диаметром 13 мм, точно такое же как диаметр резонатора и таким образом вставка по акустическим свойствам ничем не отличается от резонатора — то есть является его продолжением.

    image

    Рис. 12. Алюминиевая вставка в корпусе

    Так выглядит холодный теплообменник внутри корпуса:

    image

    Рис. 13. Впаянный теплообменник

    Электроника и измерительное оборудование


    Основным напряжением всей системы я выбрал 12 В, так как можно легко найти дешёвый и достаточно мощный блок питания — блок питания для компьютера. Я выбрал блок питания Aerocool VX 650W, так как максимальная необходимая электрическая мощность должна составлять чуть больше 400 Вт.

    image

    Рис. 14. Блок питания Aerocool VX 650W

    В качестве контроллера системы использовал Arduino Mega 2560. К ней подключал все датчики и регуляторы

    image

    Рис. 15. Arduino Mega 2560

    А мощность нагрева горячих теплообменников регулируется с помощью Широтно Импульсной Модуляции. Для этого я использовал четырёхканальный драйвер транзисторов IRF 520 для Arduino.

    image

    Рис. 16. Четырёхканальный драйвер транзисторов IRF 520 для Arduino

    Транзисторы пришлось разместить на радиатор, так как они выходили из строя от перегрева уже при мощности свыше 10 Вт через транзистор.

    Управление мощностью насоса осуществлялось так же с помощью ШИМ, но только через модуль — силовой ключ Troyka-Mosfet V3.

    image

    Рис. 17. Troyka-Mosfet V3 — силовой ключ на основе IRLR8113 для Arduino

    Измерение силы тока, проходящего через горячие теплообменники, происходит при помощи датчика тока 20 А для Ардуино.


    Рис. 18. Датчик тока 20 A (слева) и модуль для термопар типа K — MAX6675 (справа)

    Так же, необходимо измерить температуру теплообменников, для этого используются термопары типа К и модуль для термопар типа K — MAX6675, который оцифровывает напряжение с термопар, ведь оно слишком мало, чтобы подавать его напрямую на Ардуино.

    image

    Рис. 19. Термопары типа К в медной трубке

    Термопары вклеены в медные трубки при помощи высокотемпературного герметика со стороны спая и при помощи эпоксидной смолы со стороны провода. Это сделано для того, чтобы впаять их в медный корпус двигателя

    Теперь остаётся только измерить давление в двигателе и акустические колебания, то есть колебания давления, чтобы узнать акустическую мощность двигателя. С одной стороны, можно измерять и среднее за цикл давление в двигателе (опорное давление) и синусоидальные колебания давления одним и тем же датчиком абсолютного давления. Но в таком случае, большая часть диапазона измерения датчика будет не задействована, так как амплитуда колебаний давления в 10 и более раз меньше, чем само опорное давление. То есть на измерение именно колебаний давления остаётся небольшое разрешение. По этому была необходимость разделить опорное давление и колебания давления, чтобы измерять колебания давления другим датчиком — датчиком с диапазоном измерения подходящем к амплитуде колебаний в волне. Для этих целей была сделана небольшая буферная ёмкость и соединена с полостью двигателя через очень тонкую капиллярную трубку. Трубка настолько тонкая, что заполнение ёмкости через неё давлением 1 атм происходит около 3 секунд.

    image

    Рис. 20. Буферная ёмкость для измерения колебаний давления в резонаторе

    Для чего это всё сделано? А для того, что благодаря капиллярной трубке в буферной ёмкости образуется среднее за цикл давление, ведь типичная частота колебаний в двигателе 80 Гц, то есть период равен 0,0125 секунды, а повышение давления на величину амплитуды колебаний займёт порядка секунды. Таким образом, колебания давления в ёмкости исключены, но в то же время там присутствует среднее давление за цикл и можно уже измерять относительное давление между этой ёмкостью и двигателем. Как раз это нам и требовалось.

    Давление в двигателе можно повышать до 5 атм с помощью ножного автомобильного насоса.

    Для измерения среднего давления за цикл, к буферной ёмкости был подключён датчик абсолютного давления MPX5700AP, а для измерения колебаний давления был подключён дифференциальный датчик давления MPX5050DP между ёмкостью и резонатором двигателя.


    Рис. 21. Датчик абсолютного давления MPX5700AP (слева) и дифференциальный датчик давления MPX5050DP (справа)

    Первый запуск


    image

    Рис. 22. Красивое свечение датчиков при работе двигателя в темноте

    Первая попытка запуска двигателя состоялась с готовой одной из четырёх ступеней. Остальные ступени были пустыми (без теплообменников и регенератора). При нагреве горячего теплообменника вплоть до максимальной температуры 250 градусов по Цельсию, запуска не произошло.

    Затем состоялась вторая попытка запуска на двух ступенях. Ступени были расположены на расстоянии в половину длины корпуса друг от друга. Снова, при нагреве горячих теплообменников до 250 градусов, двигатель не запустился. Температура холодных теплообменников во всех экспериментах была около 40 градусов по Цельсию, рабочее тело во всех экспериментах — воздух, имеющий атмосферное давление.

    Первый успешный запуск состоялся при работе всех 4-х ступеней. Температура горячих теплообменников в момент запуска составила 125 градусов. При работе на максимальной тепловой мощности 372 Вт (то есть по 93 Вт на один горячий теплообменник), температура горячих теплообменников составила 175 градусов, холодных 44. Измеренная частота колебаний — 74 Гц. Мощность акустической волны в резонаторе — 27,6 Вт. КПД преобразования тепловой энергии в акустическую пока не был измерен, так как для этого нужны дополнительные датчики давления, которые должны располагаться до и после ступени, для измерения увеличения акустической мощности на ступени. К тому же, для экспериментов по определению КПД нужно поместить внутрь двигателя нагрузку, но это уже тема следующей истории…

    На 3-х из 4-х ступеней двигатель тоже работает. Температура трёх горячих теплообменников при запуске при этом составляет около 175 градусов. Четвёртая — незадействованная ступень при этом работает в режиме теплового насоса или же холодильника (это зависит от точки зрения, от того что нам нужно, нагрев или охлаждение). То есть холодный теплообменник незадействованной ступени имеет температуру как и у всех остальных холодных теплообменников, а горячий теплообменник начинает охлаждаться, так как акустическая волна от него отводит тепловую энергию. В эксперименте максимальное полученное охлаждение таким путём составило 10 градусов.

    Что меня удивило при запуске, так это то, что для работы девайса не критична абсолютная герметичность. То есть, при первых запусках, трубки, к которым должны подсоединяться буферная ёмкость и датчик давления, были ничем не заглушены. Диаметр каждого из двух отверстий был около 2,5 мм. То есть двигатель был абсолютно не герметичен, и это всё равно не помешало ему запуститься и успешно работать. Можно было даже поднести к трубкам палец и почувствовать колебания воздуха. При затыкании трубок значительно (на 20 — 30 градусов) начинала падать температура горячих теплообменников и на 5- 10 градусов возрастала температура холодных. Это прямое свидетельство того, что при герметизации увеличивается акустическая энергия внутри корпуса и таким образом увеличивается теплообмен между теплообменниками, вызванный термоакустическим эффектом.

    Потом, многие волновались, что двигатель при работе будет очень громким. И действительно, можно так подумать, ведь измеренная громкость звука в резонаторе составила 171,5 Децибел. Но всё дело в том, что вся волна заключена внутри двигателя и на деле он оказался настолько бесшумным, что его работу внешне можно определить лишь по небольшой вибрации корпуса.



    Приглашение присоединиться к проекту


    Я созидаю посредством термоакустики в г. Энгельсе, в инженерном клубе Сол-Эн. Те, кого так же вдохновляет это направление творчества и кто хотел бы в будущем присоединиться, пишите в личные сообщения из какого вы города.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 128

      +1
      А почему вставки алюминиевые, а не медные?
        +1
        В меди там нет нужды. Вставки не нужно впаивать. По этому алюминиевые, так как алюминий гораздо дешевле
        +1
        До последнего надеялся на видео
          0
          Ща вставлю
            +1
            если поискать по заголовку — то на ютубе первым же
            Заголовок спойлера

            +1
            А какой материал и вес одной собранной секции регенератора?
              +1
              Стопка стальных сеток. Ну грамм 50 наверное или 100, где то так
              0
              Если там колебания мощностью 26 Ватт то наверно, эта штука очень громко гудит?
                +1
                В видосе в конце статьи как раз работающий двигатель. Даже с открытыми штуцерами под датчики он не шумит. Просто эти 26 Ватт заключены внутри корпуса
                +8
                От двигателя ожидается, что он будет что-то двигать. А так даже не видно что газ внутри движется, не наглядно.
                  +3
                  Согласен, по этому делаю следующую, более наглядную модель
                    –6
                    Как по мне было бы интереснее не модель, которая бы потребляла в несколько раз больше чем электрической энергии чем способна выдать(скорее всего), а рабочий генератор работающий от какого либо внешнего источника тепла и который бы выдавал на гора хотя бы с 10-к ватт электрической мощности. Просто то что оно может работать в принципе и гудеть само по себе и так понятно, если немного вникнуть в теорию. Если уж так хотите показать наглядную модельку(на которой можно просто продемонстрировать принцип работы), то она делается намного проще, просто таки несравнимо проще чем то что вы тут наваяли…
                      +22
                      Ну я ваял не просто же так. Во всём есть смысл. Основная цель этого прототипа — научные исследования преобразования тепловой энергии в акустическую. Нельзя сразу строить большой и мощный аппарат, так как если он будет работать не так как ожидалось (а первый образец сто процентов будет работать не так как ожидалось), то уйдёт огромное количество сил, времени и материалов на изменение конструкции. Все разработки нужно делать постепенно. От простого к сложному. Именно так я и действую. 3-х киловатный девайс будет, но после того как я полностью разработаю его конструкцию, а для этого нужны испытания мини прототипа.
                      Конструкция прототипа довольно сложная, так как нужно проводить измерения. Демонстрационная модель гораздо проще по конструкции
                        +4
                        Еще есть вопрос. А не проще ли(а возможно даже эффективнее) вместо предполагаемой турбины установить тонкие стальные мембраны с закрепленными на них неодимовыми магнитами? Которые в свою очередь будут двигаться внутри катушек с которых непосредственно будет сниматься переменный электрический ток. Ну и разумеется часть трубок резонатора с мембранами должна быть из диэлектрика. Такой себе динамик наоборот, а точнее микрофон. Просто суть в том что турбина волной будет вращаться сначала в одну сторону, а потом тормозится и в противоположную. Чисто интуитивно предполагаю, что это не самый лучший режим работы для турбины. В случае же с мембраной, она по сути не теряет ничего. С материалом и формой можно поэкспериментировать, но на первый взгляд это намного проще турбин.
                          +5
                          Хороший вопрос. Линейные альтернаторы (поршень либо мембрана с линейным генератором) — это наиболее распространённый способ получения электроэнергии в подобных устройствах на сегодняшний день. Действительно, это на первый взгляд это более простой способ генерации, чем турбогенератор. Но у турбогенератора есть преимущества. Во первых, при больших мощностях — несколько киловатт, турбина гораздо меньше по габаритам и дешевле по стоимости, затем у турбогенератора есть возможность масштабирования на мощность более 10 кВт (линейные альтернаторы изготовить на такую мощность невозможно) и третье — это независимость турбогенератора от рабочей частоты (генератор колебательного типа нужно настраивать на рабочую частоту, а она немного меняется на разных режимах работы двигателя). А турбина будет использоваться двунаправленная, то есть направление её вращения не зависит от направления потока. В предыдущей моей статье об этом написано более подробно
                            0
                            Да спасибо, перечитал вашу предыдущую статью. Чисто технически, частоту можно подобрать играя размерами резонаторов, но тем не менее не зависеть от нее вообще конечно куда приятнее. Ну и если замахиваться та такие мощности, то конечно да, тут альтернативы турбинам нет.
                          0
                          Еще как вариант, вместо турбины или мембраны, поставить поршень в который будет интегрирован тот же магнит.
                            0
                            Мне хотелось бы хоть 20 ватт выкроить а тут сразу 3 квт. Вот пример от астры подводится 100 квт бросового тепла температурой до 150 С а снимается линейными генераторами в сумме 5квт. Можно оценить габарит, степень материалоемкости и сложности. Без спонсора такое не поднять. Конечно вы можете поднять температуру и повысить термический кпд, уменьшив габарит но для себя пришел к выводу что на такие мощности целесообразно строить на органическом цикле, все просчитывается, все делается из серийных деталей и повторимо, подглядеть можно ютубе. www.aster-thermoacoustics.com/wp-content/uploads/2013/02/Multi-stage-traveling-wave-feedback-thermoacoustics-in-practice-Kees-de-Blok.pdf
                              0
                              Aster-thermoacoustics это на мой взгляд сейчас лучшая компания на земле, которая занимается термоакустикой. Это как раз та компания, которая придумала 4-х ступенчатую конструкцию. Турбины использовать правда не они придумали, но за то активно продвигают эту идею
                                0
                                www.youtube.com/watch?v=Nv3nD0uRJY8
                                Ранее я давал ссылку на критику четырех ступенчатой системы. Не понятно на сколько она лучшая. У вас опыта и знаний кончено больше, есть действующая модель. Но если здраво рассудить, воздух перемещается на четверть волны, по этому для увеличения мощности логичнее применить четыре ядра, раз воздух движется то всякое образование вихрей забирает энергию у акустической волны, на что можно тыкнуть пальцем в схеме на резкий переход волновод — теплообменики, также по законам гидравлики всякий поворот на 90 гр съедает свою долю мощности. Астратермоакустик так же признала что рационально применять импульсные двунаправленные турбины с диаметра 300 мм, там возникает приемлемый кпд, но тут возможно возникнет другая засада, к продольным акустическим волнам добавятся и поперечные, не приятным довеском повышение массы турбины что скажется не лучшем образом на около резонансных режимах работы установки.
                                  0
                                  Воздух не перемещается на четверть волны. Амплитуда колебаний элементарной порции газа в волне составляет величину порядка нескольких миллиметров. Повороты естественно отбирают энергию, но не намного больше чем прямые резонаторы, это не существенная проблема.
                                  А не могли бы вы привести ссылку на статью Астера, где они приходят к выводам, что с диаметром турбины меньше 300 мм КПД резко уменьшается?
                                  Поперечные волны в газе не возможны если что.
                                    0
                                    Возможно я не правильно понял про перемещение порции на четверть длины волны из фразы «In a travelling wave the displament of the gas is one quarter of a period behind the pressure amplitude.»
                                    ссылка www.aster-thermoacoustics.com/?page_id=141
                                    Кпд ротора на 300 мм около 70% «For such small turbines (80 mmØ) a rotor efficiency of 40% is according to theory. The same rotor scaled up to 300 mmØ will have an efficiency of 70%. Because of the periodic flow is at a fixed frequency, acoustic manipulation of the flow around the in- and outer vanes could raise the efficiency over 80%. This is for further study.»
                                    ссылка:http://www.aster-thermoacoustics.com/?cat=11
                                    и поперечные волны все таки возможны " Если говорить об абсолютных величинах, то чем больше диаметр пробирки, тем выше плотность энергетического потока. Но сильно увеличивать диаметр нельзя. Во-первых, это увеличит неравномерность нагрева сечения (нужен встроенный теплообменник). Во-вторых при достаточно большом диаметре возникают поперечные волны. Поэтому оптимальные цифры для пробирки примерно 1:10, что и заложено в пробирке. "
                                    ссылка stirlingengine.ukrainianforum.net/t5p150-topic
                                      0
                                      Не стал искать фразу про четверть длины волны в тексте, но то что амплитуда перемещений элементарной порции газа в двигателе гораздо меньше чем четверть длины волны, это точно. Астер что то другое имели в виду.
                                      С турбиной вы абсолютно правы.
                                      Я понял что вы имеете в виду. Не поперечные волны возможны, а возможны продольные волны поперёк резонатора. Просто поперечные волны — это например электромагнитные волны или колебания струны, в газе это невозможно. Действительно, если увеличивать диаметр и не увеличивать длину резонатора, то должны наблюдаться волны идущие поперёк резонатора
                                        0
                                        фраза идет в разделе «Pressure and temperature» в дополнительном абзаце "– Advanced reading" с правой стороны нарисован график и круговая диаграмма. Все стало бы на свои места если бы газ перемещался на четверть длины волны, в этих же местах стоят теплообменники с регенераторами, получились четыре двигателя в одном корпусе. Хотя у астры есть модель на 50 вт с двумя ядрами идущими друг за другом на небольшом расстоянии.
                                          0
                                          А, понял, там говориться о том что в бегущей волне колебания координаты отстают по фазе от колебаний давления на четверть периода, то есть на пи/2. Это так и есть несомненно, так как скорость и давление в бегущей волне в фазе, а перемещение и скорость имеют разность фаз как раз те самые пи/2
                                            0
                                            Работа двигателя никак не связана с тем, что газ перемещается между ступенями, ведь он и не перемещается. Амплитуда перемещения газа составляет обычно примерно раз в 5 меньшую величину, чем длина регенератора, то есть несколько мм
                                              0
                                              Не очень понятно как тогда будет работать импульсная турбина. Перепада давления на ней практически не будет, значит для совершения работы ей нужны большие скорости движения газа. Можно было бы встроить туда сопла (хоть Лаваля), чтобы трансформировать большой перепад давления в большую скорость, но это дополнительные потери, да и не видно их было на турбине Астер. Конфузорность у направляющего аппарата там совсем небольшая.
                                                0
                                                Сопла Лаваля нужны в турбине для того чтобы разогнать газ, а в акустической волне он уже разогнан и это остаётся только использовать. Эффект сопла к сожалению присутствует на направляющих (можно назвать их поэтому даже сопловыми) аппаратах, но это просто результат того, что без создания конфузорности невозможно загнуть лопатки на нужный угол. И таким образом турбина использует как уже присутствующую скорость газа, так и немного разгоняет газ в направляющих лопатках, но сопловой аппарат там совсем не обязателен, колебательная скорость в волне и так достаточна для работы турбины на пригодных для подключения к электрогенератору частотах. Просто без конфузорности никак не удаётся сделать направляющие лопатки
                                                0
                                                Я соглашусь с этим доводом по одной простой причине. Термоакустик собирал свои установки из ПВХ труб если было бы как я предполагал все бы это расплавилось или как минимум повело. Пересмотрев закладки сделал выводы что мощность зависит от диаметра трубы и разности температур теплообмеников. Из этой акустической мощности можно взять не более 20 процентов. Потери прямопорциональны значению акустической мощности. Потери можно снизить распределив акустическую мощность по разным ступеням, распределив теплообменики равномерно по всему кольцу, т.е через 1/4. Количество ступеней выбирается из экономической целесообразности (цена ступени и на сколько она уменьшает потери). Осталось понять мотивы астратермоакустик в расположении двух ступеней так близко друг к другу в 50 вт модели.
                                +3
                                Ну и что подобный двигатель может работать, думаю это не для всех так уж очевидно
                                  0
                                  Для неверующих, берется пробирка и пламя свечи или спиртовки, этих компонентов достаточно что бы показать эффект. Что то вроде этого. А вообще подобных «двигателей» на просторах ютуба пруд пруди.
                                    +7
                                    Рекомендую канал Игоря Белецкого. Именно он изначально вдохновил меня. Респектую ему

                                      +1
                                      Рекомендую так же форум по стирлингам, где он модератор. На этой странице указываются недостатки четырех ступенчатого акустического двигателя stirlingengine.ukrainianforum.net/t71-topic
                                  0
                                  Нагреватель и охладитель можно сделать на солнечной энергии: пара зеркал-концентраторов и абсорбционный холодильник, новизны особо никакой.
                                    0
                                    Ну да, есть абсорбционный холодильник. А почему нет новизны? Это же не холодильник.
                                      +1
                                      Электричество «едят» только нагревать горячего теплообменника и насос холодного. Если идти на принцип, греть можно просто собирающей линзой/зеркалом, а охлаждать от абсорбционного холодильника (который греть другой линзой). Первый абсорбционный холодильник сделали в начале XIX века и конструктивно он не сложнее описанной модели, вполне пристойные фокусирующие зеркала были в Древней Греции и набрать параболическое зеркало из обрезков тоже несложно. Из электроники там останутся управляемые заслонки для создания необходимого светового потока.
                                        0
                                        Естественно, нагрев с помощью солнечной энергии возможен и с помощью геотермальной и с помощью ядерной и дровами можно топить при желании
                                          0
                                          Я в Краснодарском крае, все хочу сделать охлаждение дома на основе абсорбционного холодильника (солнечного тепла благо у нас завались), аммиака в стране тоже недостатка нет — ткните, плиз, где почитать про постройку абсорбционного своими руками. Т.к. да, хочется немного прохлады за счет солнечного тепла. Куда рыть?
                                            0
                                            Вот подборка ссылок, эта мне нравится больше всего. Гуглится легко по absorbption freezer diy, в рунете в основном чудовищный колхоз и недоделки.
                                              0
                                              есть альтернатива компрессионым и абсорбционным установкам для охлаждения. Уже все давно придумано за нас на востоке в том же Иране Багдиры pikabu.ru/story/badgiryi__drevnie_konditsioneryi_kotoryie_yeffektivnee_sovremennyikh_4655484
                                              есть и современное решение кондиционеры косвенно испарительного типа
                                              lavent.ru/kondicionery-coolerado
                                              для повторения конструкции лучше не придумаешь
                                                0
                                                Вода расходуется, ну и холодильник на минусовые температуры так не сделать.
                                                  0
                                                  недостатки есть продолжение достоинств — Блез Паскаль. У каждого технического решения есть границы экономической эффективности. Краснодарцев интересовало как задешево охладиться. Вода материал дешевый, капитальные затраты на косвенно испарительный кондиционер не большие и тем более безопасен чем аммиак. Про заморозку речи не было а так же использовать как тепловой насос.
                                  –6
                                  Прикольно наблюдать за первыми опытами человека который потом за них получит нобелевскую премию
                                    +10
                                    Не я иду на Шнобелевскую, она поинтереснее
                                      +2
                                      Казнить нельзя помиловать
                                        –1
                                        вы пока не поняли сами что вы сделали, дальше будет обычная чашка в которую заливаем кипяток и получаем холодный чяй, дальше будет с вашей стороны понимание как же на самом деле обогревались громадные комплексы !" дальше будет понимание за чем и для чего созданы пирамиды — будут найдены по излучению работающие пирамиды — вот за это вам и будет выдана нобелевка, дальше будет вами понято чель созщдания комплексов каменных — и несколько будут запущены в работу — и всё благодаря вот этому простенькому опыту — волна, всё в природе основано на ЗВУКЕ!!!
                                          0
                                          вы сказали много глупостей
                                          но да, явление резонанса очень многое значит.
                                      +2
                                      Я правильно понял, что в эту модель не ставились турбинки, с помощью которых планируется вырабатывать электричество? Когда планируете ставить и из какого материала делать будете?
                                        0
                                        а зачем? чем вам пельтье не устраивает?
                                          0
                                          Низкий КПД 1-5 %, высокая стоимость
                                            0
                                            8\… у вас ошибочные данные! КПД 57%
                                            статья тут www.rom.by/comment/1394
                                              0
                                              Если бы это было правдой, то я бы первый занялся элементами Зеебека
                                                –1
                                                а кто вам даст инфу джля того что бы вы занялись этим?
                                                у вас дома стоит холодильник, потребление от электросети примерно 1 квт, холода он при этом даёт 3 — 5 кв, столько же 3 — 5 квт он даёт тепла — занимайтесь — и будет и вам нобелевка
                                                  0
                                                  Боюсь что это уже изобретено, как минимум 6 лет назад. (Время написания статьи)
                                                  www.buildinggreen.com/news-article/look-heat-pump-water-heaters
                                                  И да, кпд только 200-250%, и то только в оптимальных условиях (на улице должно быть жарко). Кроме только для борьбы с инфекциями необходимо добивать температуру чем? Правильно, обычными тэнами, а это жудко снижает энергоэффективность.
                                                  И с экономической точки зрения они больно уж не надежные — ремонт, да и плановое обслуживание (1-2 раза в год) дорогие.
                                                +2
                                                Так и сравнивать нужно с тепловыми насосами, у них, если так считать, «КПД» оказывается больше 1. Потому выгоднее греться кондиционером, до определённых морозов, до -20 где-то.
                                                А вот наоборот получаются совсем другие цифры. Зеебек выходит в 3-5% рекордно.
                                                  0
                                                  Это не холодильник. Я написал про возможность работы в режиме холодильника, но работать установка будет в режиме генератора, так что не надо сравнивать с тепловыми насосами
                                                    +1
                                                    Так я и не вам отвечал. Я говорю что КПД эффекта Пелетье нельзя приравнять КПД эффекта Зеебека. Одно дело холодильник/тепловой насос и совсем другое — генератор. Вы это знаете лучше меня.
                                                    Однако в той статье про Пелетье вполне реалистичные числа. Как для холодильника.
                                                    –1
                                                    да хоть с чём сравнивайте, ставьте обогреватель масляный на 3 квт и ставьте рябом холодильник — потребление в холодильника в 3 раза меньше тепла столько же но при этом холода на 5 квт!
                                                      0
                                                      Это прекрасно. А теперь сделайте генератор с таким же КПД.
                                              +4
                                              Да, правильно. Уже следующая — демонстрационная модель будет с турбинами. Турбины в прозрачном корпусе и нагрев газом, для наглядности всех процессов
                                                0
                                                Какой КПД ожидаете? Я понимаю, что размеры смешные и с ростом и увеличением дельты температур, и, соответственно, сменой всех материалов, КПД будет значительно расти.
                                                  +5
                                                  При работе на воздухе при давлении 3 атм, при температуре горячих теплообменников 250 градусов ожидается КПД 15 %. На гелии под давлением 6 атм, при аналогичной температуре, ожидается 25 %
                                                    0
                                                    А более высокие давления, да и температура 250 не так уж и много для такого двигателя, не планируете?
                                                      0
                                                      Температуру точно буду поднимать до 400 градусов, а давление пока не понятно, есть ли нужда поднимать и каково вообще оптимальное значение. Это будет понятно из расчёта уже итоговой конструкции
                                                      0
                                                      А если не секрет, зачем он такой? Утилизировать бросовое тепло — слишком большая температура требуется. КПД всяко хуже, нежели у ДВС и тем более турбины. Часть РИТЭГа, вроде NASA стирлинг уже использует. Будет меньше движущихся частей?
                                                        +4
                                                        КПД меньше чем у ДВС и турбин, но ожидается увеличение ресурса, надёжности и уменьшение стоимости.
                                                          +3
                                                          Можно утилизировать бросовое тепло, использовать солнечную энергию, геотермальную энергию, ядерную энергию. Но в начале он будет работать на энергии сжигания газа
                                                  +1
                                                  Побочный эффект, упомянут в статье вскользь — не подключенная ступень работает как тепловой насос.

                                                  А теперь внимание — тепловой насос работающий от перепада температур, без единой движущейся части кроме собственно газа, повторяю — без единой движущейся части! Правда как обычно теплообменники эффективно будут работать при перекачке жидкости через них.
                                                  Кпд правда не высокий…
                                                    +1
                                                    У меня есть т. н. вихревая трубка. Прекрасно выдаёт холодный и горячий воздух с разных концов при подаче в неё воздуха под давлением. Куплена на али. Но промышленные экземпляры и в России делаются
                                                      0
                                                      Для вихревой трубки нужен компрессор, который должен питаться от электричества. В общем это разные типы устройств. Единственный полный аналог термоакустического двигателя в режиме холодильника, что я знаю — это абсорбционный холодильник
                                                        0
                                                        вихревой трубке нужен только поток газа. А как вы его создадите — ваше дело.
                                                          0
                                                          Ну я о том же. Компрессор нужен. А он потребляет энергию и получается холодильник работающий от электрической, а не тепловой энергии
                                                            0
                                                            Перепад давления тоже может быть «дармовым».
                                                              0
                                                              Ну есть такое «устройство» называется холодильник для дальнобойщика. Принцип прост: объект который необходимо охладить, обычно бутылка с водой, помещается за борт, а если предворительно бутылку обмотать мокрой тряпкой — эфективность еще сильно повысится. Хотя чисто теретически можно я думаю в одном резонаторе генерить волну за счет тепла, а в друругой сту
                                                                0
                                                                (чертово мобильное приложение хабра, невовремя кнопку отправить нажал, а редактировань нальзя) так вот во второй ступени можно волну заставить работать в тепловом насосе, вопрос конечно какая эффективность данной конструкции получится?
                                                        0
                                                        А тепловой насос перекачает тепла меньше, чем будет потрачено установкой. Иначе получится вечный двигатель.
                                                          +1
                                                          Всё равно неплохо. Можно сделать солнечный холодильник для пива!
                                                            +1
                                                            Если у вас есть дома кондиционер, а это и есть тепловой насос, то вы можете себя поразить, если посмотрите на то какая у него электрическая мощность и какая тепловая мощность. Тепловая больше и это не вечный двигатель. В термодинамике об этом говориться
                                                              0
                                                              Поразился. Дцать лет назад ;-)

                                                              А по теме — можете глянуть статью: sci-hub.tw/10.1016/j.ultras.2004.01.086
                                                              там они такую штуку (термоакустический холодильник) сделали и померяли в первом приближении кпд. Оказался 0,13%. На 120Вт нагревателя получилось 0,15Вт холодопроизводительности. Это не считая потерь энергии на охлаждение водой.
                                                                0
                                                                Ну вот как видите у двигателя Цеперли (с постоянным диаметром корпуса) довольно низкая эффективность. Они там ещё регенератор слишком длинный взяли для их перепада температуры. Но на смеси воздуха с гелием удалось даже 1.5 процента КПД выжать
                                                                  0
                                                                  Я смотрю википедию про абсорбционные холодильники: «Относительно низкая энергетическая эффективность — тепловой коэффициент (отношение подведенной тепловой энергий к полученному холоду), равный 0,65-0,8 — для одноступенчатых машин, и 1—1,52 — для двухступенчатых машин.»
                                                                  Интересно — а есть ли вообще шанс поднять эффективность термоакустического холодильника до этих «низких» показателей?
                                                              0
                                                              Т.е. если обычный насос качает бензин по трубам, то он никак не может прокачать больше «енергии», чем нужно генератору на питания этого насоса? Серьезно? Тепловой насос это не про выработку энергии от слова вообще, а про перенос энергии из одного места в другое. И да, переносить он может сильно больше, чем потребляет.
                                                                0
                                                                Одна маленькая деталь: Я писал «установка». Т.е. не отдельно тепловой насос, а тепловой насос+тепловой двигатель, который приводит в действие насос.
                                                                0
                                                                Похоже народ не понял моего восхищения.

                                                                Ключевое отличие от выше описанных примеров с вихревой трубкой или абсорбционным холодильником в том что тепловой насос на базе термоакустики работает исключительно на тепловой энергии, напрямую, без ее промежуточного преобразования. Остальные способы требуют либо прямой механической энергии (вихревой, на циклах карно и т.п.) либо электрической (пельтье) и что самое главное, не требует расходников (вода, при охлаждении бутылки пива мокрой тряпкой).

                                                                И самое главное, конструкция очень примитивна! Тут нет никакого хайтека — трубки (с миллиметровыми точностями) и простые радиаторы. Технология легко тиражируема, и реализуема даже на коленке. Низкий итоговый кпд в конечном счете не так страшен, а вся конструкция может быть вообще собрана внутри герметично запаянного блока, залитого в бетоне или еще как, так как фактически вечна (есть проблемы коррозии и возможно разрушения, думаю десятилетия вибрации мало какой материал выдержит).
                                                                  0
                                                                  Абсорбционный холодильник тоже примитивен, и на данный момент гораздо более эффективен. А термоакустический холодильник таки использует преобразование тепловой энергии в энергию акустических волн и обратно.

                                                                  Например из похожего есть вариант реактивного двигателя. Там U-образная труба и камера сгорания в виде утолщения. Минимум деталей. Никаких турбин. Но дальше самоделок сделанных ради прикола дело не идёт.
                                                                    0
                                                                    Я не понял что вы хотели сказать.

                                                                    Абсорционный холодильник требует механическую энергию, т.е. он преобразует механическую в передачу тепла.

                                                                    Термоакустический генератор преобразует тепловую в тепловую (ну перепад температур). Но главное нет ни одной движущейся части! Это ключевой момент для долговременной работы оборудования, тем более собранного на коленке. Понятно что по факту тут происходит преобразование тепловой в механическую и обратно с кучей потерь, но простота конструкции все спишет.
                                                                      0
                                                                      Абсорционный холодильник требует механическую энергию

                                                                      Нет. Только тепловую. Пример — холодильники «Морозко». Там только нагреватель и всё. Основная их проблема — низкая эффективность в пересчёте на потребляемую энергию. Компрессорные (обычные) — эффективнее, так что простота конструкции им не помогла.
                                                                        0
                                                                        Абсорбционные до сих пор используют, но в основном промышленные, на складах или в магазинах. Они ещё и в обслуживании дешевле, ломаться нечему.
                                                                          0
                                                                          Абсорбционные очень распространены для автодомов и кемпингов. На газу.
                                                                      0
                                                                      Но дальше самоделок сделанных ради прикола дело не идёт.
                                                                      Там проблема в том что все децибеллы вылетают наружу. И живому человеку рядом находиться никак невозможно…
                                                                        0
                                                                        По сути это вариант двигателя Фау-1, только вместо лепестков — труба. В моделизме используют оба варианта. С трубой — тяжелее, а лепестки изнашиваются.
                                                                  0
                                                                  А какими технологиями можно было бы достаточно эффективно снимать энергию с небольшого перепада температур (десяток градусов)? Например вода (+4 градуса) — атмосфера (зимой -20..-10).
                                                                    +1
                                                                    Нуу, «достаточно эффективно»-понятие растяжимое… Теоретически предельный КПД для идеальной тепловой машины при такой разности температур — (277-253)/277=0,087. 8,7%, то есть. А для реальной тепловой машины — вообще 4,4%. Если считать, что это достаточно эффективно, то стирлинговский двигатель может и на таком перепаде работать.
                                                                      0
                                                                      Уже давно читал про такие прототипы двигателей Стирлинга, которые представляют собой длинный цилиндр, плавающий вертикально в воде, и работающий на разнице температур воды у поверхности и в глубине, или воды и воздуха. Даже с учётом низкого КПД и явно не копеечной стоимости установки — ну блин, это же дармовая энергия! Тем более, что стирлинги очень долговечны, один раз вложиться в изготовление и будет шуровать десятилетиями. Почему ещё никто не сделал электростанцию на таких установках и не качает деньги, продавая электроэнергию? Ветряки же ставят, чем это хуже?
                                                                        +1
                                                                        Плохая окупаемость. Поэтому остановилось на демонстраторах технологии.
                                                                        Возможно, вред для экосистемы при массовом применении.
                                                                          +3
                                                                          Доступны более высокопотенциальные источники, поэтому всё так. Да и потом, там малый КПД не единственная проблема, низкие температуры — медленный теплообмен — большие радиаторы, так что там уже при киловаттных мощностях получается некислая по материалоемкости конструкция. А если эти радиаторы ещё какая-нибудь форма жизни облюбует, то вообще суши вёсла.
                                                                      –3
                                                                      Улачи!
                                                                        +2
                                                                        Спасибо, интересный проект!
                                                                        И всё-таки, не нашёл в тексте, какова амплитуда колебаний давления в резонаторе? Как измерялась акустическая мощность?
                                                                        Ещё я не уверен, что в данном случае рассматриваемую волну можно назвать акустической, т.к. в акустике как правило вводится допущение о том, что фактическая плотность среды практически не отличается от невозмущённого значения. Здесь же весь эффект основан на создании волн разрежения и уплотнения посредством нагрева и охлаждения среды. Т.е. волновыми уравнениями акустики эти процессы, как мне кажется, не описать.
                                                                          0
                                                                          Амплитуда колебаний давления в одном из измерений была 7,5 кПа. Колебания давления измерялись высокоскоростным датчиком давления MPX5050. Было сделано предположение, что волна бегущая и из этого подсчитана мощность, но нужно конечно добавлять второй датчик давления, чтобы без предположений, а непосредственно измерять мощность.
                                                                          Есть понятие линейная акустика. Это когда колебания давления по амплитуде не превышают 10 % от значения опорного давления, то есть давления среды. Термоакустические устройства работают на грани линейной акустики, так что уравнения акустики всё ещё применимы в большинстве случаев.
                                                                            0
                                                                            Там дело не только в колебаниях давления. Даже при скромной разнице температур 175 — 44, местная скорость звука будет отличаться почти на 20%. Это уже достаточно весомый аргумент, перейти к уравнениям Эйлера, на мой взгляд. К слову, в ударной волне, выбивающей стёкла в зданиях, скачок давления всего 5-10 кПа, хотя процессы там бесконечно далеки от линейной акустики.
                                                                            Вообще, если вы хотите извлекать энергию посредством динамической турбины, Вам не имеет смысла зацикливаться именно на давлении, т.к. для турбин важен массовый расход. К тому же, нужно учитывать, что ротор турбины имеет свою инерцию и как минимум сместит собственные частоты системы, а в худшем случае просто будет доминировать, сводя на нет эффект самой трубы.
                                                                            В общем, задачка довольно интересная. У меня есть бета-версия одномерной распределённой модели пневматической линии, решаемой методом HLLE (на основе метода Годунова) для программы SimulationX. Можно было бы попробовать сделать модель этого стенда, а заодно попытаться понять, почему работает негерметичная схема.
                                                                              0

                                                                              Прочитал внимательнее, при наличии вторичного теплообменника акустическое допущение вполне приемлемо.

                                                                            +1
                                                                            Такая штука была бы интересна для автономного энергообеспечения в суровых климатических зонах. Даже под тучами инфракрасный свет от солнца проходит, поэтому при хорошей изоляции можно зимой даже в пасмурную погоду греть что-нибудь с одной стороны и охлаждать воздухом с другой и получать энергию там, где солнечные батареи пасуют. Не знаю, насколько этого хватит для практических потребностей.
                                                                              +1
                                                                              Если рядом есть вода, даже стоячая или с минимальным током, и суровый холод, то перепады температуры могут быть десятки градусов, по уму в стационарном варианте даже с 4% кпд возможность извлекать энергию есть.

                                                                              Именно описанный в статье вариант достаточно прост в изготовлении (нет той точности, что требуется в изготовлении стирлинга) и неплохо масштабируется и главное очень долговечный.
                                                                              +4

                                                                              Мало что понял, но выглядит офигенно :) Жду продолжения.

                                                                                +3
                                                                                Хах, спасибо чувак
                                                                                +2
                                                                                Это, конечно, оффтоп, но в видео вы рассказываете о термоакустическом двигателе с бегущей волной так же увлеченно, как Роман Михайлов — о группах и теории гомотопий. Но у вас хотя бы понятно что к чему, гораздо лучше объясняете. Хотя некоторые слова вроде «адиабатически» пришлось гуглить.
                                                                                  +1

                                                                                  Так это слово из школьного курса физики 10 класса…
                                                                                  Там просто расчитывалось на то, что будут смотреть люди, знакомые с физикой(не в обиду вам)...

                                                                                    +2
                                                                                    Я рассказываю увлечённо, потому что я действительно увлечён: В
                                                                                    0
                                                                                    Как влияют на КПД установки физические свойства материала регенератора? Теплоёмкость, теплопроводность, что-то ещё?
                                                                                      0
                                                                                      Идеальный регенератор должен быть с огромной теплоёмкостью, чтобы запасать как можно больше тепловой энергии и с минимальной теплопроводностью, чтобы минимизировать паразитный тепловой поток от горячего теплообменнику к холодному. Больше вроде ничего не влияет, вы всё назвали что влияет
                                                                                      +2
                                                                                      Интересно, можно ли уменьшить двигатель до микроразмеров и изготавливать его фотолитографией. Также интересно, можно ли получить энергию, использовав ионизированный газ?
                                                                                        0
                                                                                        Можно уменьшить. вот тут в конце статьи описывается подобный термоакустический чип с рабочей частотой 5360 Гц.
                                                                                        Есть интересная идея с использованием ионизированного газа. Если горячий теплообменник окружить ядерным реактором, то так как обычно в двигателе используется гелий, аргон или их смесь (а это инертные газы с низким потенциалом ионизации) то под воздействием радиации реактора, будет образовываться низкотемпературная плазма, причём плазма будет совершать колебания, так как там акустическая волна. Затем, если в плазме создать магнитное поле, например внешними магнитами, то получиться колеблющийся электрический проводник (плазма) в магнитном поле. А значит, на концах плазмы будет разность напряжений. Таким образом, получается устройство генерирующее электроэнергию вообще без движущихся частей (газ и плазму в расчёт не берём это не части). Это не моя идея, эту концепцию разработал человек под ником Татарин с астрономического форума.
                                                                                          +1
                                                                                          На концах плазмы будет разность потенциалов, то есть напряжение, а не разность напряжений я хотел сказать
                                                                                            0
                                                                                            Интересно, если имитировать ионизацию с помощью искрового разрядника в горячем теплообменнике, получится проверить эту идею?
                                                                                              0
                                                                                              Там основная загвоздка не в том будет ли эта концепция работать, а в том, как разместить ядерный реактор внутри двигателя и как создать необходимый поток радиоактивного излучения в нужной зоне двигателя. В этом искровой разрядник не поможет, но идея с разрядником всё равно интересная
                                                                                                0
                                                                                                Вот тут в комментах мелькнуло что-то про сочетание такого реактора, термоакустического преобразователя и МГД-генератора.
                                                                                                Радикальный вариант: берем ваш сетчатый теплообменник, покрываем его слоем плутония-236, и готово дело. :)
                                                                                            +1
                                                                                            и получим МГД-генератор.
                                                                                          +1
                                                                                          По аналогии с электрикой можно применить клапан тесла (как диодный мост).
                                                                                          Раздвоив трубу и поставив две обычные турбины за разно направленными клапанами, тоже отсутствие движущихся частей (возможно если клапаны успеют сработать на таких скоростях).

                                                                                            0
                                                                                            Хорошая идея, подумаю как это можно реализовать
                                                                                            0
                                                                                            Если пьезогенератор вместо турбины?
                                                                                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                                                0
                                                                                                КПД пока не был померян. Для этого нужны дополнительные датчики давления, а мощность волны в резонаторе была измерена датчиком давления
                                                                                                +1

                                                                                                ИМХО на данном этапе я бы всерьез задумался над переходом к моделированию, так как работающий прототип и общая теория у вас есть, а какие конкретно он имеет характеристики и главное — от чего они зависят, вы не знаете. А не зная их вы не будете знать что можно и нужно оптимизировать в первую очередь, и в итоге на постройку оптимальных прототипов может не хватить и всей жизни, а окажется, что надо было всего-лишь поменять какой-то винтик.


                                                                                                А с моделированием вы во первых сможете понять как конкретно работает ваша машина, насколько она близка к идеалу и сможете легко и быстро поиграться с механикой, чтобы достичь оптимальных результатов и затем уже строить следующий протототип. Так вы потратите гораздо меньше времени на исправление ошибок.
                                                                                                Не бойтесь времени моделирования. Оно на скромной машине будет медленным, но вам надо всего-лишь моделировать пару периодов колебаний, чтобы получить нужные данные.


                                                                                                Единственное не знаю насчет софта. Что-то из Ansys? Simplorer?

                                                                                                  0
                                                                                                  Я думаю, что для этой задачки хватило бы одномерного моделирования. Набросал сегодня простенькую модель в SimulationX со стоячей волной, возбуждаемой нагревом объёма жидкости на одном из концов трубы, думаю, этого с головой хватит для первичной оптимизации подобного стенда:
                                                                                                  Пуск
                                                                                                  image

                                                                                                  Установившийся режим
                                                                                                  image

                                                                                                  Чтобы это не было рекламой, скажу, что возможно аналогичное можно сделать в Amesim или Simulink Simscape.
                                                                                                    0
                                                                                                    Я уже давно и активно моделирую. Программа для моделирования термоакустических процессов называется DeltaEC. Она численно интегрирует дифференциальные уравнения термоакустики. По результатам испытаний этого прототипа как раз планирую написать статью в научный журнал, где будет сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования.

                                                                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                  Самое читаемое