трубка Райка (термоакустика)

[jayrandom]

Если в открытую с обеих сторон трубку поместить холодную металлическую решётку, раскалить её докрасна, то в течении времени пока решётка будет остывать, трубка будет испускать звук.

-- wikipedia://"трубка Райка".

Comments

[b-my.livejournal.com]

Есть такая прикольная вещь: acoustic stirling engine. Это такая навороченая трубка Райка, в которой тепловой цикл приближен к циклу стирлинга.
Нагреваем один конец, охлаждаем другой, и имеем звук с мощью 20-30% от тепловой энергии. Такой "свисток" с "питанием" от домашней газовой плиты выдаёт в звуке киловатт - давлением звуковой волны физически рвёт перепонки, крошит стёкла и сообщает о себе на весь квартал.
Но прикол не в этом, а в том, что мощность электрической машины растёт как квадрат от рабочей частоты. Поставив "динамик наоборот" можно снимать киловатт электричества без маховиков, редукторов, и всяких крутилок: дешёво и очень сердито. Это изумительная физика: сложные расчёты и хорошая мысль приводят к предельно простой по исполнению, дешёвой и компактной железяке, которая делает работу очень сложных и очень дорогих. :)

Кстати, как и нормальный стирлинг, акустический - полностью обратим. То есть, в обратную сторону получается холодильник.

[b-my.livejournal.com]

[3:55:22 PM] jayrandom: Если бы всё было так красиво, то тепло бы давным-давно переводилось в электричество этим самым свистком плюс "динамиком наоборот". А раз это заброшенная технология, у этого должно быть логичное объяснение. Например: двигатель стирлинга в принципе имеет очень высокое КПД, но "динамик наоборот" настолько неэффективен, что весь этот свисток не имеет применения. Или что-то в этом духе.
Ведь трубка Райка известна неприличное количество времени.
А энергию у нас любят, за неё платят большие деньги.
Поэтому если её таким образом не добывают, возникает естественный вопрос - почему?
Едва ли кого-то по-серьёзному интересует чисто прикладная задача "физически порвать барабанные перепонки".

___

Во-первых, это не столь и давняя технология: конец 80-х, где-то. И только в конце 90-х получили нечто относительно путное.
Во-вторых - да, ты прав, цикл её лишь приближен к циклу стирлинга. Там есть несколько очень схожих деталей, но принципиально:звук - гармоническое колебание, синусоида, а идеальный цикл - идеальный прямоугольник на PT-плоскости. Поэтому эффективность сильно ограничена.
В-третьих, это применяется. Звуковые стирлинги применяются амовскими вояками (ВМФ) для охлаждения, есть серия тригенерирующих термоакустических дивайсов для Индии (сейчас проходят испытания) - печка, холодильник и электрогенератор в одном флаконе. НАСА сейчас строит плутониевый звуковой стирлинг для работы вдали от солнца. По меньшей мере, он есть в железе и это серьёзный конкурент традиционной термоэмиссии и циклу Брайтона.

[(Anonymous)]

Всё это очень красиво, если не читать учебников по термоакустике. К сожалению в мире их всего два. Один у японца Таминаги "Термоакустика", второй и амариканца Свифта "Термоакустика: общие перспективы для некоторых двигателей и холодильников". Так вот, такие устройства предсказуемо работают лишь в пределах линейной акустики, то есть когда волны гармонические. Проще говоря амплитуда акустического давления не должна превышать 10% от среднего давления в системе. В противном случае профиль волны претерпевает сильные искажения, приводящие к большим энергетическим потерям. Что такое двигатель Стирлинга со степенью сжатия 1.1 - не мне вам рассказывать. Поэтому, как высокомощные энергетические системы - забедьте думать! А вот заменить слабенькие источники Пельтье для питания датчиков - пожалуйста. Дело в том, что при малой энергетической плотности потоков эти системы обладают большей термодинамической обратимостью. Поэтому самое широкое их комерческое применение сегодня - миникриогенные системы. 70% всех криогенных космических систем сегодня - это термоакустические холодильники с электрокомпрессором. Их ресурс в 3-4 раза выше стирлингов при той же холодопроизводительности. А многоступенчатые системы (например в Эйндховене) работают на температурах ниже 2 К.

[b-my.livejournal.com]

Я не видел именно учебников, но мне довелось с тех пор :) почитать кое-чего об установках.
Есть вполне фунданментальная беда с теплообменом газ-поверхность, особенно при низких температурах. Иначе и обычные стирлинги зарулили бы все остальные машины.
Малая степень сжатия - это всего лишь малая энергия цикла. Акустика взяла бы своё количеством циклов в секунду. Такие большие потери в процентах на трение в (относительно) мощных системах возникают именно из-за необходимости увеличивать поверхности теплообмена.

Но в первом приближении удельная мощность теплообмена зависит линейно от давления, а давление - функция доступных технологий, а не каких-то (пока) фундаментальных ограничений. Давление можно повышать, повышать и повышать. Это - во-первых.

Во-вторых, есть системы и применения, где отсутствие движущихся частей (и малое количество частей вообще) кроет остальные недостатки как бык мышку.
Чисто как фантазия, но представьте себе, например, ядерный реактор, отвод тепла из которого производится термоакустикой. Мощности ионизации рабочего тела даже только нейтронами (при более чем средненьких потоках порядка 1Е14/см2*с и водороде как РТ) достаточна для очень достойного и живого МГД-преобразования. Если мы просто разрешим отвод в рабочее тело газообразных продуктов деления (всё равно их мало чем удержишь, что так, что этак), то достаточная ионизация нам гарантирована в любых режимах работы и за пределами АЗ. И всё это в полностью интегральной компоновке, наружу из ядерного острова торчат только провода и трубы теплоносителя (уже, так выходит, теплоносителя второго контура, который через АЗ не течёт и с ядерной гадостью дело имеет уже только через стенки парогенератора).
НИКАКИХ движущихся частей. Внутри - кусок делящегося материала в любой удобной форме (да хоть MоSR). Снаружи - два провода с электричеством. Это ли не счастье? Для транспорта, для космоса. А? :)
Для Gen4 (preliminary studies) рассматривали прямое МГД-преобразование. У них засада (одна из многих) была в том, что рабочее тело должно отработать ПОСЛЕ сопла, в холодной зоне, там, где уже степень ионизации под вопросом. По итогам можно видеть, что МГД в списках групп Gen4 нет.
А термоакустика не имеет этих ограничений.

И это только один пример.

[pavell743.livejournal.com]

Можно о свистке от чайника поподробней?