Определение конструктивных особенностей и рабочих характеристик термоакустического генератора холода
Вантажиться...
Дата
2012
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Одес. гос. акад. холода
Анотація
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная, вакуумная и компрессорная техника, системы кондиционирования.
В криогенной технологии производства инертных газов - криптона, ксенона, неона и др. применяются различные методы и схемные решения переработки и очистки сырьевых газов от примесей (метана, водорода, различных углеводородов). Так как эти примеси горючи, то одним из способов их очистки является выжигание или каталитическое гидрирование (окисление). При сгорании горючих примесей на температурном уровне 500 - 600 °С образуется избыточное количество теплоты, что приводит к разогреву и постепенному разрушению входных коллекторов концевых теплообменников. На практике ресурс теплообменника составляет 1,5 — 2 месяца. Вместе с тем, образующееся тепло целесообразно использовать для привода холодильной машины, холодопроизводительность которой можно применить для различных целей, в том числе и для снижения термического напряжения коллекторов концевых теплообменников.
Методы прямого преобразования теплоты в работу давно известны. Одним из перспективных направлений в развитии газодинамических методов прямого преобразования теплоты в работу с последующей выработкой холода является создание безмашинных термоакустических генераторов холода (ТАГХ).
Однако, в настоящее время конструктивные особенности и рабочие характеристики ТАГХ изучены недостаточно, что затрудняет определение их рациональной области применения и поэтому приведенные в диссертации исследования являются актуальными.
Диссертация посвящена исследованию температурных, тепловых, гидравлических характеристик, а также определению энергетической эффективности, степени термодинамического совершенства и рациональной области применения термоакустических генераторов холода - ТАГХ. В работе проведен анализ существующих на данный момент устройств такого типа. Обоснована необходимость детального изучения данного класса устройств и аппаратов входящих в них.
Описан механизм превращения высокопотенциального тепла в акустическую энергию в виде стоячей звуковой волны, и механизм превращения энергии сгенерированной звуковой волны в холод.
Разработаны конструкции полуволнового и четвертьволнового преобразователей тепловой энергии в энергию акустических колебаний. Составлены уравнения энергетических балансов, определены численные значения величин потерь, нагрузок теплообменных аппаратов и уровней генерируемой акустической энергии спроектированных моделей при использовании различных рабочих веществ.
Проведены экспериментальные исследования физических процессов ТАГ. По предложенной математической модели проведен расчет процессов, происходящих в ТАГ и ТАГХ. Определены условия, влияющие на эффективность преобразования тепловой энергии в акустическую. Установлено, что начало акустических колебаний при прямом преобразовании высокопотенциальной теплоты в акустическую энергию, зависит от температуры нагрева рабочего тела и массы заправки ТАГ и для различных рабочих тел определяет связь между' подведенной теплотой и мощностью возникающих акустических колебаний.
Показана связь между частотами звуковых колебаний и геометрическими размерами каналов ТАГХ при использовании различных рабочих веществ.
В работе доказано что между подведенной теплотой Q и полученной акустической энергией W существует практически линейная взаимосвязь в диапазоне давлений заправки от 0,1 до 0,3 МПа, на основе которой установлены оптимальные проектные параметры ТАГ и проведен отбор наиболее перспективного рабочего тела - гелия.
Распределение температур по длине резонатора полуволновой и четвертьволновой моделей ТАГ обладает подобием, что дает возможность производить сопоставление эффективности полуволновой и четвертьволновой конструкций ТАГ для аппаратов, входящих в состав реальных установок по разделению неоно-гелиевой смеси.
Повышение давления заправки рабочего тела генератора изменяет уровень получаемой акустической энергии в зависимости от типа рабочего вещества. Для гелия и неоногелиевых смесей с содержанием Ne до 40% наблюдается повышение уровня мощности акустической энергии при повышении давления заправки, и, наоборот, для рабочих тел, Аг, Хе, Кг, N2, воздуха, неоногелиевых смесей с содержанием Ne более 40%, происходит снижение уровня акустической мощности при тех же условиях
Проведена оценка возможной холодопроизводительности термоакустического генератора холода (ТАГХ) при использовании экспериментальной модели ТАГ в качестве источника акустической энергии и сравнение ТАГХ с уже имеющимися моделями других исследователей.
В настоящей работе коэффициент преобразования акустической энергии в холод достигает 0,3, а общий коэффициент преобразования тепла в холод в акустической установке составляет 1 % — 3%.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.14 - Холодильна, вакуумна та компресорна техніка, системи кондиціювання. Одеська державна академія холоду. Дисертація присвячена дослідженню температурних, теплових, гідравлічних характеристик, а також визначенню енергетичної ефективності, ступеня термодинамічної досконалості та раціональної області застосування термоакустических генераторів холоду - ТАГХ. У роботі проведений аналіз існуючих на даний момент пристроїв такого типу. Обгрунтована необхідність детального вивчення даного класу пристроїв і апаратів, які входять у них. Описаний механізм перетворення високопотенціального тепла в акустичну енергію у вигляді стоячої звукової хвилі і механізм перетворення енергії згенерованої звукової хвилі у холод. Розроблені конструкції напівхвильового та чвертьхвильового перетворювачів теплової енергії в енергію акустичних коливань. Складено рівняння енергетичних балансів, визначено чисельні значення величин втрат, навантажень теплообмінних апаратів і рівнів генерованої акустичної енергії спроектованих моделей при використанні різних робочих речовин. Проведено експериментальні дослідження фізичних процесів ТАГ. По запропонованій математичній моделі проведено розрахунки процесів, які відбуваються в ТАГ і ТАГХ. Визначено умови, що впливають на ефективність перетворення теплової енергії в акустичну. Встановлений зв'язок між частотами звукових коливань і геометричними розмірами каналів ТАГХ при використанні різних робочих речовин. Проведена оцінка можливої холодопродуктивності термоакустичного генератора холоду (ТАГХ) при використанні експериментальної моделі ТАГ у якості джерела акустичної енергії та порівняння ТАГХ із уже наявними моделями інших дослідників. В даній роботі коефіцієнт перетворення акустичної енергії у холод досягає 0,3, а загальний коефіцієнт перетворення тепла у холод в акустичній установці становить 1% - 3%.
Thesis for a Candidate of Technical Sciences degree in specialty 05.05.14 - Refrigerating, vacuum and compressor equipment, air conditioning systems. The dissertation is devoted to the study of temperature, thermal, hydraulic characteristics, as well as the definition of energy efficiency, the thermodynamic perfection degree and a rational application of use the thermoacoustic cooling generators. In this paper we analyze the currently existing devices of this type. Proved the necessity a detailed study of this devices class and apparatus belonging to them. The mechanism of high-grade heat conversion into acoustic energy in the form of a standing sound wave and the mechanism of transformation generated energy by sound waves in the cold is described. Have been designed half-wave and quarter-wave transducers of thermal energy into acoustic waves. The energy balance equation is composed. Determined the numerical values of losses, thermal load of heat exchangers and levels of acoustic energy generated in the constructed models by using different working substances. Experimental investigations of physical processes TACG is conduct. In the proposed mathematical model was carry out the calculation of processes occurring in the TAG and TACG. Determined the conditions that affect the efficiency of converting thermal energy into acoustic. Established a connection between the frequencies of sound waves and the geometrical dimensions of channels TACG using different working substances. The estimation of the possible cooling of the thermoacoustic cooling generator (TACG) using an experimental model of TAG as a source of acoustic energy is conducted. A comparison TAGH with existing models of other researchers is carried out. In this paper, conversion of acoustic energy into the cold reaches 0.3, while the total conversion of heat into the cold in an acoustic installation reached 1% - 3%.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.14 - Холодильна, вакуумна та компресорна техніка, системи кондиціювання. Одеська державна академія холоду. Дисертація присвячена дослідженню температурних, теплових, гідравлічних характеристик, а також визначенню енергетичної ефективності, ступеня термодинамічної досконалості та раціональної області застосування термоакустических генераторів холоду - ТАГХ. У роботі проведений аналіз існуючих на даний момент пристроїв такого типу. Обгрунтована необхідність детального вивчення даного класу пристроїв і апаратів, які входять у них. Описаний механізм перетворення високопотенціального тепла в акустичну енергію у вигляді стоячої звукової хвилі і механізм перетворення енергії згенерованої звукової хвилі у холод. Розроблені конструкції напівхвильового та чвертьхвильового перетворювачів теплової енергії в енергію акустичних коливань. Складено рівняння енергетичних балансів, визначено чисельні значення величин втрат, навантажень теплообмінних апаратів і рівнів генерованої акустичної енергії спроектованих моделей при використанні різних робочих речовин. Проведено експериментальні дослідження фізичних процесів ТАГ. По запропонованій математичній моделі проведено розрахунки процесів, які відбуваються в ТАГ і ТАГХ. Визначено умови, що впливають на ефективність перетворення теплової енергії в акустичну. Встановлений зв'язок між частотами звукових коливань і геометричними розмірами каналів ТАГХ при використанні різних робочих речовин. Проведена оцінка можливої холодопродуктивності термоакустичного генератора холоду (ТАГХ) при використанні експериментальної моделі ТАГ у якості джерела акустичної енергії та порівняння ТАГХ із уже наявними моделями інших дослідників. В даній роботі коефіцієнт перетворення акустичної енергії у холод досягає 0,3, а загальний коефіцієнт перетворення тепла у холод в акустичній установці становить 1% - 3%.
Thesis for a Candidate of Technical Sciences degree in specialty 05.05.14 - Refrigerating, vacuum and compressor equipment, air conditioning systems. The dissertation is devoted to the study of temperature, thermal, hydraulic characteristics, as well as the definition of energy efficiency, the thermodynamic perfection degree and a rational application of use the thermoacoustic cooling generators. In this paper we analyze the currently existing devices of this type. Proved the necessity a detailed study of this devices class and apparatus belonging to them. The mechanism of high-grade heat conversion into acoustic energy in the form of a standing sound wave and the mechanism of transformation generated energy by sound waves in the cold is described. Have been designed half-wave and quarter-wave transducers of thermal energy into acoustic waves. The energy balance equation is composed. Determined the numerical values of losses, thermal load of heat exchangers and levels of acoustic energy generated in the constructed models by using different working substances. Experimental investigations of physical processes TACG is conduct. In the proposed mathematical model was carry out the calculation of processes occurring in the TAG and TACG. Determined the conditions that affect the efficiency of converting thermal energy into acoustic. Established a connection between the frequencies of sound waves and the geometrical dimensions of channels TACG using different working substances. The estimation of the possible cooling of the thermoacoustic cooling generator (TACG) using an experimental model of TAG as a source of acoustic energy is conducted. A comparison TAGH with existing models of other researchers is carried out. In this paper, conversion of acoustic energy into the cold reaches 0.3, while the total conversion of heat into the cold in an acoustic installation reached 1% - 3%.
Опис
Далаков, П. И.
Определение конструктивных особенностей и рабочих характеристик термоакустического генератора холода [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.05.14 "Холодильная, вакуумная и компрессорная техника, системы кондиционирования" / Далаков Петр Иванович ; науч. рук. В. Л. Бондаренко ; Одес. гос. акад. холода. – Одесса : ОГАХ, 2012. – 24 с.
Ключові слова
термоакустический генератор, акустическая энергия, полуволновой резонатор, четвертьволновой резонатор, высокопотенциальная теплота, звуковая волна, термоакустичний генератор, акустична енергія, напівхвильовий резонатор, чвертьхвильовий резонатор, високопотенціальна теплота, звукова хвиля, перетворення енергії, thermoacoustic cooling generator, acoustic energy, half-wave, quarter-wave, high-grade heat conversion, transducer, energy converting