طراحي، ساخت و آزمايش يك سامانه گرماصوتي موج ايستاي هليومي توان پايين براي كاربردهاي تهويه مطبوع

Design, manufacturing and testing of a low power helium standing wave thermoacoustic system for air-conditioning applications

سامانه‌هاي گرماصوتي، از قوانين گرماصوتي براي انتقال حرارت با استفاده از صدا، سود مي برند. اين وسايل شامل موارد زير هستند: يك منبع صوتي، يك لوله موج ايستا كه طولي معادل كسري از يك طول‌موج دارد و يك پشته كه گراديان دمايي ايجاد شده در دو سر آن، عامل انتقال حرارت خواهد بود. در اين تحقيق، طراحي و ساخت يك سامانه گرماصوتي توان پايين به منظور كاربردهاي تهويه مطبوع، در دستور كار قرار گرفته است. اين تحقيق شامل دو بخش مي باشد كه در بخش اول به طراحي اجزا يك سامانه گرماصوتي براساس تحليل‌هاي عددي، پرداخته شده است و در بخش دوم، ساخت و بررسي عملكرد دستگاه تشريح شده‌اند. بررسي‌هاي عددي نشان دادند كه طول و مكان پشته در لوله بازآوايش‌گر، سهم عمده اي در عملكرد كلي يك سامانه گرماصوتي دارند. در اين دستگاه، هليوم در فشار و دماي استاندارد به عنوان سيال كاري مورد استفاده قرار گرفت و منبع توليد توان صوتي نيز، يك بلندگوي 25 وات است كه در بسامد 378 هرتز، كار مي كند. بر اساس تحليل هاي عددي و به منظور رسيدن به گراديان دمايي معادل 20 درجه سلسيوس، طول پشته برابر با 38 ميلي‌متر و موقعيت مركز آن نيز در فاصله ي 85 ميلي‌متري نسبت به سر بلندگو بدست آمدند. نتيجه ي آزمايش ها نشان داد كه دستگاه گرماصوتي ساخته شده، گراديان دمايي معادل 14 درجه سلسيوس دارد.

Thermoacoustics is a science dealing with conversion of thermal energy into sound energy and vice versa. Thermoacoustic systems use thermoacoustics rules for heat transfer by sound. These devices include a loudspeaker, a standing wave tube with a length of a fraction of a wavelength and a stack which its temperature gradient is the cause of heat transfer. In this study, design and construction of a low power thermoacoustic system for air conditioning applications, were considered. This paper consist of two parts: design of a thermoacoustic system based on numerical analyses, and its construction plus its performance analysis. Numerical analyses reveals that the length and position of the stack in the resonator, the working frequency and the input acoustic power, have major contributions to the total performance of the system. In this system, helium at the standard pressure and temperature was used as working fluid. The acoustic driver was a 25 watts loudspeaker that works in 378Hz. Based on numerical analyses and a 20 ?C temperature gradient quota, the length of the stack and the position of its center were found to be 38 mm and 85 mm, respectively. Our experimental results indicated a 14 ?C temperature gradient across the stack.