Термоакустический тракт
Полезная модель направлена на повышение характеристик термоакустических устройств путем исключения паразитных акустических емкостей в сопряжениях свободных и заполненных теплообменными элементами участков волнового термоакустического тракта. Указанный технический результат достигается тем, что стыки свободных и заполненных участков тракта выполнены с поворотом потока на некоторый угол и имеют сужающуюся к заполненному участку промежуточную камеру, на входе и выходе из которой одинаковы суммарные площади проходных сечений газа. Новая конструкция термоакустического тракта позволяет добиться исключения скачка сечения в сопряжениях свободных и заполненных участков волнового тракта и появления паразитных акустических емкостей, что повышает эффективность термоакустических устройств.
Изобретение относится к технике тепловых машин. Волновые термоакустические устройства являются эффективными тепловыми машинами, обеспечивающими прямое и обратное преобразование тепловой энергии в энергию колебаний рабочего газа. Термоакустические устройства заполнены колеблющимся газом и не имеют подвижных механических частей, что обуславливает их высокую надежность.
Волновой тракт термоакустических устройств (двигателей, холодильников, тепловых насосы) состоит из чередования свободных участков (волноводов, пульсационных труб, термических буферов, разветвителей) и участков, заполненных теплообменными элементами (теплообменников, регенераторов, стеков).
Термоакустические устройства описаны в патентах США:
US 4114380 Traveling wave heat engine - 1978
US 4355517 Resonant traveling wave heat engine - 1982
US 4398398 Acoustical heat pumping engine - 1983
US 4489553 Intrinsically irreversible heat engine - 1984
US 4686407 Split mode traveling wave ring-resonator - 1987
US 6032464 Traveling-wave device with mass flux suppression - 2000
US 6314740 Thermo-acoustic system - 2001
US 6725670 Thermoacoustic device - 2004
Проблемой термоакустических устройств являются потери, возникающие в сопряжениях свободных участков волнового тракта и участков тракта, заполненных теплообменными элементами. Необходимость сохранения суммарного проходного сечения в сопряжениях свободных тракта и заполненных участков тракта приводит к появлению местного расширения тракта (см. Фиг.1), которое играет роль паразитной акустической емкости и вызывает потери колебательной энергии. Наличие паразитных акустических емкостей является серьезным конструктивным дефектом существующих термоакустических устройств, который значительно снижает их эффективность.
Повысить эффективность работы термоакустических устройств можно исключением скачка сечения в сопряжениях свободных и заполненных участков волнового тракта.
Исключение скачка сечения и появление паразитных акустических емкостей в сопряжениях участков тракта достигается тем, что стыки свободных и заполненных участков тракта выполнены с поворотом потока и имеют сужающуюся к заполненному участку промежуточную камеру, на входе и выходе из которой одинаковы суммарные площади проходных сечений газа.
Конструкция сопряжения свободного и заполненного теплообменными элементами участков волнового тракта с наклонной промежуточной камерой представлена на Фиг.2.
Новая конструкция термоакустического тракта позволяет добиться исключения скачка сечения в сопряжениях свободных и заполненных участков волнового тракта и появления паразитных акустических емкостей, что повышает эффективность термоакустических устройств.
Тракт термоакустических устройств (двигателей, холодильников, тепловых насосов и т.д.), состоящий из чередования свободных участков тракта (волноводы, пульсационные трубы, термические буферы, разветвители колебаний и т.д.) и участков тракта, заполненных теплообменными элементами (теплообменники, регенераторы, стеки и т.д.), отличающийся тем, что стыки свободных и заполненных участков тракта выполнены с поворотом потока и имеют сужающуюся к заполненному участку промежуточную камеру, на входе и выходе из которой одинаковы суммарные площади проходных сечений газа.
