Złożony system pomiarowy urządzenia termoakustycznego: wybrane zagadnienia projektowe i eksploatacyjne

• Autorzy: Grzywnowicz Krzysztof , Remiorz Leszek
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W referacie przedstawiono opis najważniejszych zagadnień dotyczących projektowania i eksploatacji układu pomiarowego rzeczywistego urządzenia termoakustycznego, funkcjonującego jako chłodziarka/pompa ciepła. Omówiono selekcję punktów pomiarowych oraz wielkości mierzonych ze względu na cel prowadzonego eksperymentu, a także podstawową metodologię oszacowania wartości błędu pomiarowego zastosowanych czujników. Nakreślono także wpływ pracy kluczowych podzespołów złożonego urządzenia – takich jak korektor położenia głośnika czy przetwornice elektryczne – na błędy pomiarowe. Zaprezentowano również narzędzia matematycznego przetwarzania i analizy sygnałów, takie jak dyskretna transformata Fouriera czy funkcja autokorelacji, szczególnie przydatne na etapie weryfikacji stanu pracy urządzenia.

Słowa kluczowe

PL

termoakustyka; tor pomiarowy; analiza sygnałów

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Zeszyty Energetyczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 7
• Strony: 129--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Grzywnowicz Krzysztof

• Politechnika Śląska, Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych

autor

Remiorz Leszek

• Politechnika Śląska, Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych

Bibliografia

• [1] Tijani M.E.H., Loudspeaker-driven thermo-acoustic refrigeration, Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven 2001.
• [2] Strutt J.W., The theory of sound. Vol. II, New York, Dover 1945.
• [3] Sarpotdar S.M., Ananthkrishnan N., Sharma S.D., The Rijke Tube - A thermo-acoustic device, Resonance 2003, 1, 59-71.
• [4] Saechan P., Jaworski J.A., Numerical studies of co-axial travelling-wave thermo-acoustic cooler powered by standing-wave thermoacoustic engine, Renewable Energy 2019, 139, 600-610. DOI: 10.1016/j.renene.2019.02.059.
• [5] Rogoziński K., Nowak I., Nowak G., Modeling the operation of a thermoacoustic engine, Energy 2017, 138, 249-256. DOI: 10.1016/j.energy.2017.07.058.
• [6] Rossing T.D. (Ed.), Springer handbook of acoustics, Springer Science+Business Media LLC New York, New York 2007.
• [7] Swift G., Wollan J., Thermoacoustics for liquefaction of natural gas, GasTIPS 2002, 8, 21-26.
• [8] Spoelstra S., Thermo Acoustic technology for energy applications. Final report, Energy Research Centre of the Netherlands, Petten 2012.
• [9] Poese M.E., Smith R.W.M., Garrett S.L., van Gerwen R., Gosselin P., Thermoacoustic refrigeration for ice cream sales, The Penn State University Applied Research Laboratory, Penn State University, 2004.
• [10] Yu Z., Jaworski A.J., Backhaus S., Travelling-wave thermoacoustic electricity generator using an ultra-compliant alternator for utilization of low-grade thermal energy, Applied Energy 2012, 99, 135-146. DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.04.046.
• [11] Kikuchi R., Tsuda K., Bassem M.M., Ueda Y., Measurement of performance of thermoacosutic heat pump in a −3 to 160°C temperature range, Japanese Journal of Applied Physics 2015, 54(11), 117101, 1-4. DOI: https://doi.org/10.7567/JJAP.54.117101.
• [12] Rahpeima R., Ebrahimi R., Numerical investigation of the effect of stack geometrical parameters and thermo-physical properties on performance of a standing wave thermoacoustic refrigerator, Applied Thermal Engineering, 2019, 149, 1203-1214. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.12.093.
• [13] Zhang D., Jiang E., Shen C., Zhou J., Yang W., He Y., Numerical analysis on thermoacoustic prime mover, Journal of Sound and Vibration 2019, 463(4), 114946. DOI: 10.1016/j.jsv.2019.114946.
• [14] Kajurek J., Rusowicz A., Grzebielec A., The influence of stack position and acoustic frequency on the performance of thermoacoustic refrigerator with the standing wave, Archives of Thermodynamics 2017, 38(4), 89-107. DOI: 10.1515/aoter-2017-0026.
• [15] Alamir M.A., Experimental study of the temperature variations in a standing wave loudspeaker driven thermoacoustic refrigerator, Thermal Science and Engineering Progress, 100361. DOI: 10.1016/j.tsep.2019.100361 (w druku).
• [16] Mingyu H., Wu Z., Hu J., Zhang L., Luo E., Experimental study on a thermoacoustic combined cooling and power technology for natural gas liquefaction, Energy Procedia 2019, 158, 2284-2289. DOI: 10.1016/j.egypro.2019.01.251.
• [17] Alcock A.C., Tartibu L.K., Jen T.C., Experimental investigation of an adjustable thermoacoustically-driven thermoacoustic refrigerator, International Journal of Refrigeration 2018, 94, 71-86. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2018.07.015.
• [18] Yang Z., Yanyan C., Guoyao Y., Luo E., Yuan Z., Experimental investigation on a linear-compressor driven travelling-wave thermoacoustic heat pump, Energy Procedia 2015, 75, 1844-1849. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.160.
• [19] Shivakumara N.V., Bheemsha A., Experimental performance evaluation of thermoacoustic refrigerator made up of poly-vinyl-chloride for different parallel plate stacks using air as a working medium, Materials Today: Proceedings 2020, 22, 2160-2171. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.03.285.
• [20] Xu J., Hu J., Sun Y., Wang H., Wu Z., Hu J., Hochgreb S., Luo E., A cascade-looped thermoacoustic driven cryocooler with different-diameter resonance tubes. Part II: Experimental study and comparison, Energy 2020, 207, 118232. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118232.
• [21] Erriu M., Genta G., Ripa D.M., Buogo S., Pili F.M.G., Piras V., Barbato G., Levi R., Ultrasonic transparency of sonication tubes exposed to various frequencies: A metrological evaluation of modifications and uncertainty of acoustic pressures, Measurement 2016, 80, 148-153. DOI: 10.1016/j.measurement.2015.11.009.
• [22] Liu Z., Zhan J., Fard M., Davy J.L, Acoustic measurement of a 3D printed micro-perforated panel combined with a porous material, Measurement 2017, 107, 233-236. DOI: 10.1016/j.measurement.2017.03.032.
• [23] Wang K., Sun D., Xu Y., Shen Q., Zou J., Zhan X., Qiu L., Experimental study on a 500 W traveling-wave thermoacoustic electric generator, Energy Procedia 2014, 61, 2271-2274. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.12.445.
• [24] Sun Y., Rao Z, Zhao D., Wang B., Sun D., Sun X., Characterizing nonlinear dynamic features of self-sustained thermoacoustic oscillations in a premixed swirling combustor, Applied Energy 2020, 264, 114698. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.114698.
• [25] Černý R., Vejmelková E., Apparent thermal conductivity approach at high-temperature measurements of porous materials, Measurement 2011, 44(7), 1220-1228. DOI: 10.1016/j.measurement.2011.04.002.
• [26] Iniesta C., Olazagoitia J.L., Vinolas J., Gros J., New method to analyse and optimise thermoacoustic power generators for the recovery of residual energy, Alexandria Engineering Journal. DOI: 10.1016/j.aej.2020.06.046 (w druku).
• [27] Jena D.P., Panigrahi S.N., Numerically estimating acoustic transmission loss of a reactive muffler with and without mean flow, Measurement 2017, 109, 168-186. DOI: 10.1016/j.measurement.2017.05.065.
• [28] Palitó T.T.C., Assagra Y.A.O., Altafim R.A.P., Carmo J.P., Altafim R.A.C., Low-cost electro-acoustic system based on ferroelectret transducer for characterizing liquids, Measurement 2019, 131, 42-49. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.08.031.
• [29] Grzywnowicz K., Remiorz L., Simple refrigerating device for multi-parametric analysis of the thermoacoustic cooling - Design, assembly and testing of the setup, International Journal of Thermodynamics 2019, 22(4), 193-201. DOI: 10.5541/ijot.639634.
• [30] Basics of precision temperature measuring with Pt100-Probes, GHM GROUP, Greisinger 2020.
• [31] Norma PN-EN 60751:1997+A2.
• [32] Kulka Z., Libura A., Nadachowski M., Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1987.
• [33] Hofler T.J., Thermoacoustic refrigerator design and performance, University of California, San Diego 1986.
• [34] CEM-C9745JAD462P2.54R Omni-Directional Foil Electret Condenser Microphone, Challenge Electronics, Deer Park 2010.
• [35] Op Amp Slew Rate: details; formula, https://www.electronics-notes.com/articles/analogue_circuits/operational-amplifier-op-amp/slew-rate.php, (dostęp 9.11.2020).
• [36] LMV321, LMV358, LMV324 General Purpose, Low Voltage, Rail-to-Rail Output Amplifiers, Fairchild Semiconductor, Sunnyvale 2012.
• [37] SDM-8AI Moduł rozszerzający - 8 wejść analogowych, SFAR, Gdynia 2014.
• [38] Visaton K40 - 8 Ohm, Visaton GmbH, Haan 2015.
• [39] Smith J.O., Spectral audio signal processing, Stanford University, Stanford 2011.
• [40] Oppenheim A.V., Shaefer R., Discrete-time signal processing, Prentice Hall, Upper Saddle River 2009.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024)..