Термоакустический motor – motor stirling sin pistones

El motor stirling es un motor con el suministro de calor. Exterior el calor es muy conveniente cuando hay la necesidad de utilizar como fuente de calor no fósiles. Por ejemplo, puede utilizar la energía solar, la energía geotérmica, бросовое calor con diferentes empresas.
 





Es una buena característica del ciclo de stirling es que su rendimiento es igual a la eficiencia del ciclo de carnot [1]. Naturalmente reales de los motores stirling eficacia es menor y es a menudo mucho más. Motor stirling comenzó su existencia con un dispositivo que tiene un montón de piezas móviles, tales como los pistones, las bielas, el cigüeñal, los cojinetes. Además el rotor del generador giraba (figura 1).
 





Figura 1 – Motor stirling tipo alfa

Mira en el motor stirling tipo alfa. Al girar el eje del pistón comienzan a extraer el gas de frío en el cilindro caliente, por el contrario, en caliente, en frío. Pero no sólo se destila y se comprimen y se expanden. Se realiza термодинамический ciclo. Se puede visualizar en la imagen, que cuando el eje gira de manera que el eje en el que se fijan las bielas, se encuentra en la parte superior, entonces será el momento de mayor compresión de gas, y cuando los de abajo, el de la extensión. La verdad es que no es así del todo debido a la expansión térmica y los apretones de gas, pero casi todo el mundo todo es como es.

El corazón, el motor es el llamado núcleo, el cual consta de dos intercambiadores de calor – frío o en caliente, y entre ellos se encuentra la unidad de regeneración. Los intercambiadores de calor se hacen normalmente пластинчатыми y regenerador es más a menudo la pila, набранная de malla metálica. ¿Por qué son necesarios los intercambiadores de calor es claro – de calentar y enfriar el gas, y ¿por qué necesita un regenerador? Y regenerador es un verdadero calor de la batería. Cuando el gas caliente se mueve en la fría lado, se calienta el regenerador y regenerador de запасает energía térmica. Cuando el gas se mueve de fría a caliente, gas frío se calienta en регенераторе y por lo tanto es el calor, que sin la unidad de regeneración sería irremediablemente se ha ido en el calentamiento del medio ambiente, se salva. Así que, regenerador es una cosa necesaria. Un buen regenerador de mejora de la eficiencia de un motor alrededor de 3,6 veces.

Los aficionados que sueñan con construir un similar del motor, quiero contar más acerca de los intercambiadores de calor. La mayoría de los artefactos de los motores de stirling, de los que he visto, no tienen intercambiadores de calor (estoy hablando de los motores alfa tipo). Los intercambiadores de calor son ellos mismos los pistones y los cilindros. Un cilindro se calienta, y el otro se enfría. La superficie de теплообменной superficie de contacto con el gas de muy pequeña. Así que, existe la posibilidad de aumentar significativamente la potencia del motor, colocando en la entrada a los cilindros de los intercambiadores de calor. Y aun en la figura 1 la llama se dirige directamente al cilindro, que en la fábrica de motores no es exactamente así.

Volvamos a la historia del desarrollo de los motores stirling. Así, suelta el motor en gran parte es bueno, pero la presencia de maslos'de los anillos y cojinetes redujo el recurso del motor y los ingenieros intensamente pensado para mejorar, y han inventado.

En 1969, william bale investigado los efectos de resonancia en el funcionamiento del motor y más tarde fue capaz de hacer que el motor para el que no se necesita ni bielas ni el cigüeñal. La sincronización de los pistones se producía debido a la resonancia de los efectos. Este tipo de motor fue llamado свободнопоршневым del motor (figura 2).
 





Figura 2 – Свободнопоршневой motor stirling

En la figura 2 se muestra la свободнопоршневой motor tipo beta. Aquí el gas pasa de caliente el ámbito en el frío, y viceversa, gracias a la вытеснителю (que se mueve libremente), y un pistón realiza un trabajo útil. Propulsor y el pistón hacen las fluctuaciones en espiral de los resortes, que se puede ver en la parte derecha de la imagen. La dificultad es que sus vibraciones deben ser de la misma frecuencia y con la diferencia de fase de 90 grados y todo esto gracias a la резонансным efectos. Hacer esto es bastante difícil.

Por lo tanto, el número de piezas reducido, pero ужесточились los requisitos de precisión de los cálculos y de la fabricación. Pero la fiabilidad del motor, sin duda, ha aumentado, especialmente en las construcciones, como un dispositivo de desplazamiento y el pistón se aplican con membranas flexibles. En este caso, el motor no se dispone de piezas de fricción. De la electricidad que, si se desea, con este motor se pueden realizar con el uso de un generador.

Pero los ingenieros no fue suficiente, y empezaron a buscar la manera de deshacerse no sólo de piezas giratorias, y en general de las piezas móviles. Y encontraron esta manera.

En los años setenta del siglo 20, peter Цеперли di cuenta de que sinusoidal fluctuaciones de la presión y de la velocidad del gas en el motor stirling, así como el hecho de que estas variaciones están en una fase muy fuerte que recuerdan a las fluctuaciones de la presión y de la velocidad del gas en el texto de forma de onda (fig.3).





Figura 3: Gráfico de la presión y de la velocidad de viaje de la onda acústica, como una función del tiempo. Se muestra que las variaciones de presión y velocidad están en fase.

Esta idea se Цеперли no es casualidad, ya que antes de él había un montón de investigación en el ámbito de la термоакустики que, por ejemplo, el propio lord rayleigh en 1884 cualitativamente describió este fenómeno.

Por lo tanto, propuso que, en general, renunciar a los pistones y вытеснителей, y utilizar sólo la onda acústica para el control de la presión y el movimiento del gas. De esta forma se obtiene el motor sin partes móviles y, en teoría, es capaz de alcanzar una eficiencia de un ciclo de stirling, así carnot. En realidad, los mejores indicadores de 40 a 50 % de la eficiencia del ciclo de carnot (figura 4).





Figura 4 – Esquema de термоакустического motor con el texto de la onda

Se puede ver que термоакустический motor con el texto de la onda es exactamente en el mismo núcleo, compuesto de intercambiadores de calor y de la unidad de regeneración, sólo que en vez de los pistones y las bielas aquí simplemente закольцованная un tubo que se llama el resonador. Sí, ¿cómo funciona este motor, si en él no hay ningunas piezas móviles? ¿Cómo es posible?

Para empezar a responder a la pregunta, de donde allí se toma el sonido? Y la respuesta es que él se produce de sí mismo cuando se produce suficiente para ello, de la diferencia de temperatura entre los dos intercambiadores de calor. El gradiente de temperatura en регенераторе permite amplificar las vibraciones del sonido, pero sólo una longitud de onda igual a la longitud del resonador. Desde el principio el proceso es así: cuando se calienta caliente del intercambiador de calor se producen micro susurros, tal vez incluso el crujido de las deformaciones térmicas, es inevitable. Estos susurros, el ruido, con una amplia gama de frecuencias. De todo esto un rico espectro de sonido, el motor comienza a amplificar el sonido, vibración, cuya longitud de onda es igual a la longitud de la tubería – resonador. Y no importa lo poco que inicial de la oscilación, que se ve reforzada por la posible magnitud. El nivel de volumen máximo de sonido en el interior del motor se produce cuando la potencia de amplificación de sonido con la ayuda de los intercambiadores de calor es igual a la pérdida de potencia, es decir, de la potencia de amortiguación de las vibraciones del sonido. Y esta máxima a veces alcanza enormes cantidades de 160 db. Así que dentro de dicho motor es realmente fuerte. Afortunadamente, el sonido hacia el exterior salir y no puede, así como resonador es hermético, y por esto, de pie al lado con el motor en marcha, apenas audible.

La amplificación específica de la frecuencia del sonido se produce a través de las mismas термодинамическому ciclo – ciclo de stirling, que se realiza en регенераторе.



Figura 5 – Etapas en el ciclo de burda y simplista.

Como ya he escrito, en термоакустическом motor en general no hay partes móviles, que genera sólo la onda acústica en el interior de sí mismo, pero, por desgracia, sin partes móviles quitar el motor de la electricidad no se puede.

Normalmente se extrae la energía de la термоакустических motores lineales de los generadores. Elástica de la membrana varía bajo la presión de la onda de sonido de alta intensidad. En el interior de la bobina de cobre con núcleo, vibran anclados en la membrana de los imanes. Se produce la electricidad.

En 2014 Kees de Blok, Pawel Owczarek y Maurice Francois de la empresa Aster Thermoacoustics han demostrado que para la conversión de la energía de la onda de sonido en electricidad, sirve bidireccional de impulso de la turbina conectada a un generador.



Figura 6 – Esquema de impulso de la turbina

Pulso de la turbina gira en la misma dirección, independientemente de la dirección del flujo. En la figura 6 se muestran de manera esquemática los álabes del estator de los lados y las palas del rotor en el centro.
Y la turbina se ve de ellos en la realidad:



Figura 7 – aspecto bidireccional de impulso de la turbina

Se espera que el uso de la turbina en lugar de línea del generador muy удешевит diseño y permitirá aumentar la potencia de los dispositivos hasta la capacidad típicos de la cogeneración, que no lineales generadores. publicado

 

P. S. Y recuerde, sólo cambiando su consumo — estamos juntos cambiando el mundo! ©

Fuente: geektimes.ru/post/287578/