авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

«1 Содержание ЦИФРЫ И ФАКТЫ............................................................................................... 3 ...»

-- [ Страница 4 ] --

Термоакустический двигатель работает на основе принципа Рэлея, который гласит: "Если к газу в момент наибольшего сжатия подвести тепло, а в момент наибольшего разряжения тепло отобрать, то это усиливает колебания". Порция газа в регенераторе совершает два вида колебаний. Во первых, она периодически расширяется и сжимается. Во-вторых, она колеблется относительно нейтрали, оказываясь в крайних точках траектории то в горячей, то в холодной области. Импеданс волноводов настроен таким образом, что порция в момент расширения находится в горячей области и получает тепло, а во время сжатия находится в холодной области и тепло отдаёт. Это увеличивает амплитуду колебания, или попросту, энергию акустической волны.

Эффективность термоакустического двигателя, как и любого теплового, определяется перепадом температур на горячем и холодном теплообменниках и ограничивается сверху эффективностью цикла Карно.

В волноводах термоакустических двигателей плотность энергетического потока на несколько порядков выше, чем повседневно слышимый нами звук, - 100-1000 кВт/м (180-190 дБ).

Теоретически ресурс термоакустического двигателя неограничен, так как прибор не имеет подвижных механических частей, но на практике его ресурс ограничивается ползучестью конструкционных материалов (при эксплуатации на чрезмерно высоких температурах). Поэтому ресурс ТАЭГ в целом ограничивается ресурсом электрического преобразователя. С изобретением в начале нынешнего века оксфордской подвески для линейных электродинамических генераторов ресурс ТАЭГ достиг 100 000 часов.

Будет ли ТАЭГ в России?

Работы в области термоакустики ведутся преимущественно на Западе, российская же наука пока о каких-либо исследованиях в этой сфере не сообщает. Почему? На ум пришло, что в свое время СССР, а сейчас Россия лидирует на мировом рынке термоэлектрогенераторов (ТЭГ). Это похожие по функциям и сферам применения компактные устройства, но напрямую преобразующие тепловую энергию в электрическую. Может быть при наших успехах в области ТЭГ термоакустика нам просто не интересна как вчерашний день науки? Однако эксперт вскрыл полную несостоятельность такого предположения.

"Начнём с того, что ТЭГ и ТАЭГ - это принципиально разные устройства, - поясняет Геннадий Воротников. - Причём термоакустический генератор имеет КПД в несколько раз выше, чем ТЭГ.

Простейшие ТАЭГ, работающие на сжигаемом мусоре, имеют КПД 15-20%. А так называемые продукты высоких технологий достигают на этих температурах КПД в 1.5 раза выше. Что же касается ближайших аналогов, то это электрогенераторы на основе механических двигателей Стирлинга. Они наиболее приближены к ТАЭГ и по термодинамическому циклу, и по КПД, и по режиму работы".

"Причины отставания отечественных разработок совсем в другом, - продолжает Г. Воротников. Эра массового создания термоакустических устройств началась в конце 80-х гг. В этот временной период в силу объективных причин всем нам было не до науки. Кроме того, термоакустика требует специалистов иной подготовки, которым был бы хорошо понятен и математический аппарат акустики, и энергетические категории термодинамики, и теория пограничного слоя. Для этого нужна школа. Тем не менее, работы в этом направлении понемногу ведутся в Омске, Санкт Петербурге, Самаре. Не хочу опережать события, но надеюсь, что в следующем году Самарский аэрокосмический университет порадует нас испытаниями такого устройства".

Зарубежные же исследователи уже сегодня достигли результатов, которые вселяют уверенность, что термоакустические генераторы в обозримом будущем получат распространение и будут пользоваться спросом, причём не только для бытового применения, но и для нужд армии и даже использования в космосе.

Генератор на службе Так, исследования Ореста Симко (Orest Symko) и его коллег из Университета Юты (США) спонсируются американской армией. Один из образцов, созданный учёными, представляет собой стеклянную трубку-резонатор. Источником тепла служит газовая горелка. Нагрев изменяет давление газа в трубке, в результате возникает акустическая волна, воздействующая на пьезоэлектрический элемент. Военные считают, что подобные устройства можно использовать для утилизации тепла, выделяемого радарами или сложной интегральной техникой. Та же группа исследователей разработала продукт для гражданского применения - термоакустический кулер для процессоров персональных компьютеров. Такой охлаждающий элемент поглощает тепло, выделяемое чипом при работе. Горячий воздух вызывает колебания резонатора, а образующийся звук трансформируется в электричество.

Об интересном устройстве, заменяющем генератор, печь и холодильник -SCORE (Stovefor Cooking, Refrigeration and Electricity), ещё в 2007 г. сообщал портал Membrana со ссылкой на университет Ноттингема (Великобритания). Продукт ориентирован на бытовое применение в странах третьего мира.

"В SCORE - два блока тонких трубок, герметично закрытых и наполненных газом, соединяющих попарно четыре теплообменника. Один из блоков получает тепло от печки и преобразовывает его в колебания: нагрев и охлаждение разных концов трубок вызывает резонанс газа внутри. Эти колебания передаются во второй блок, который работает как холодильник - он забирает тепло от холодильной камеры и отдаёт его окружающему воздуху, который тут же направляется в печь для поддержания горения. А между этими двумя блоками в SCORE встроен генератор электричества, питающийся за счёт части энергии акустических колебаний".

Для домашней когенерации Исследованиями по термоакустике занимается и компания Etalim Inc (Канада). "Etalim разрабатывает инновационный термоакустический механизм, называемый ТАС, - пояснил специалист компании Рон Клопфер (Ron Klopfer). - Модуль размером с баскетбольный мяч способен вырабатывать мощность до 5 кВт, используя любое топливо или источник тепла. По своей сути прибор очень прост и дёшев в изготовлении, он не требует техобслуживания, а срок его эксплуатации свыше 40 лет. ТАС не имеет подвижных деталей, за исключением стального преобразователя, вибрирующего на месте с частотой 500 Гц и длиной хода 200 мм и не имеющего пределов усталости. В основе работы устройства лежат принципы термоакустической физики.

Пионер в этой области - Национальная лаборатория в Лос-Аламос (США). ТАС использует высокую температуру, чтобы усиливать резонансные акустические волны и затем преобразовывать колебания газа в механические вибрации, которые позволяют генерировать электричество".

В канадской компании считают, что Etalim TAC найдёт применение, главным образом, в домашних когенерационных установках, рынок которых сейчас бурно развивается в Евросоюзе. Кроме того, устройство может использоваться для утилизации рассеивающегося тепла в промышленности и на транспорте, для повышения эффективности солнечных концентраторов.

"Проект будет коммерциализован в 2014 г., - добавляет Рон Клопфер. - Стоимость электричества, вырабатываемого Etalim TAC, будет весьма приемлемой - около 500 долл. за кВт. Мы не видим каких-либо препятствий для широкого распространения данной технологии".

ТАЭГ пробьёт себе дорогу "На мой взгляд, наиболее перспективны в будущем будут микроэлектромеханические терморезонансные акустические системы (MEMS TAR), - считает Геннадий Воротников. - Работы над ними ведутся в США уже 8 лет, и последние 5 лет материалы по этим системам в открытой печати не появляются. Это термоакустические преобразователи размером от 2 мм. Изготовляются они по технологии микрочипов, имеют очень высокую энергетическую плотность в каналах и работают на килогерцовых частотах, что позволяет им достигать КПД до 77% относительно цикла Карно. Внутри они представляют собой всё тот же термоакустический двигатель с электропреобразователем. Конечно, есть там и свои особенности. К сожалению, нам такие технологии пока недоступны.

В целом у термоакустических генераторов, безусловно, есть шансы стать коммерчески интересным продуктом. На сегодняшний день это одни из самых эффективных преобразователей тепловой энергии в электрическую. Ресурс их эксплуатации очень высок. Пока высшие достижения в этой области будут служить космосу и милитаристским целям развитых стран. Однако в обозримом будущем высокие технологии пробьют дорогу и в наш быт".

Так что в ближайшей перспективе всерьёз можно говорить только о применении генераторов, в основе работы которых лежат принципы термоакустики. Генераторы же, использующие звуки окружающего пространства для производства электроэнергии, на сегодняшний день остаются скорее экзотикой, нежели реально эффективным устройством. Впрочем, техническая мысль не стоит на месте. Может быть, со временем будет найден способ обратить на пользу индустриальный шум, так утомляющий слух современного человека.

к оглавлению

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.