Stack Parameters Effect on the Performance of Anharmonic Resonator Thermoacoustic Heat Engine

• Autorzy: Nouh M. A , Arafa N , Abdel-Rahman E

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów stosu na osiągi anaharmonicznego rezonatora termo akustycznej maszyny cieplnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A thermoacoustic heat engine (TAHE) converts heat into acoustic power with no moving parts. It exhibits several advantages over traditional engines, such as simple design, stable functionality, and environment-friendly working gas. In order to further improve the performance of TAHE, stack parameters need to be optimized. Stack’s position, length and plate spacing are the three main parameters that have been investigated in this study. Stack’s position dictates both the efficiency and the maximum produced acoustic power of the heat engine. Positioning the stack closer to the pressure anti-node might ensure high efficiency on the expense of the maximum produced acoustic power. It is noticed that the TAHE efficiency can further be improved by spacing the plates of the stack at a value of 2.4 of the thermal penetration depth, ςk . Changes in the stack length will not affect the efficiency much as long as the temperature gradient across the stack, as a ratio of the critical temperature gradient Γ, is more than 1. Upon interpreting the effect of these variations, attempts are made towards reaching the engine’s most powerful operating point.

PL

Termoakustyczna maszyna cieplna (TAHE) przekształca ciepło w energie akustyczna bez użycia części ruchomych. W porównaniu z maszynami tradycyjnymi ma ona szereg zalet, takich jak prosta konstrukcja, stabilność działania oraz wykorzystanie gazów przyjaznych dla środowiska. W celu dalszej poprawy osiągów maszyny TAHE należy zoptymalizować parametry stosu (zespołu wąskich kanałów miedzy płytami wymiennika ciepła). Trzema głównymi parametrami analizowanymi w przedstawionej pracy są pozycja stosu, długości, odstęp między płytami. Pozycja stosu decyduje zarówno o sprawności jak maksymalnej mocy akustycznej wytwarzanej przez maszynę cieplną. Umieszczenie stosu bliżej strzałki fali stojącej może zapewnić większą sprawność kosztem maksymalnej wytwarzanej mocy akustycznej. Stwierdzono, że dalsza poprawa sprawności maszyny TAHE może być osiągnięta gdy zastosuje się odstęp płyt stosu równy 2,4 cieplnej głębokości wnikania, k . Zmiany długości stosu nie maja wielkiego wpływu na sprawność tak długo, jak stosunek krytycznego gradientu cieplnego jest większy od 1. Na podstawie interpretacji efektów tych zmian podjęto wysiłki dla uzyskania najlepszych osiągów maszyny.

Słowa kluczowe

EN

thermoacoustic; stack; anharmonic; resonator; engine; optimization

PL

termoakustyka; stos; silnik; rezonator

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. LXI, nr 1
• Strony: 115--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nouh M. A

• Department of Physics, The American University in Cairo, P.O. Box 74 New Cairo 11835, Cairo, Egypt

autor

Arafa N

• Department of Physics, The American University in Cairo, P.O. Box 74 New Cairo 11835, Cairo, Egypt

autor

Abdel-Rahman E

• The Yousef Jameel Science and Technology Research Center, The American University in Cairo, P.O. Box 74 New Cairo 11835, Cairo, Egypt

Bibliografia

• [1] Ehab Abdel-Rahman, Mahmoud Hammam, Mahmoud Salah, and Samy Abdel-Mordy: Design, development and testing a solar concentrator for thermoacoustic cooling applications. International journal of pure and applied physics (IJPAP), Vol. 2, No. 1, 99-109 (2006).
• [2] Mostafa A. Nouh, Nadim M. Arafa, Krister Larsson, Ehab Abdel-Rahman: Design study of an anharmonic resonator standing wave thermoacoustic heat engine. Proceedings of the 16th International Congress on Sound and Vibration (2009).
• [3] Swift G.W.: Thermoacoustics: A unifying perspective for some engines and refrigerators. The Acoustical Society of America, Melville, NY (2002).
• [4] Yunus A. Cengel, Michael A. Boles: Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw Hill, NY (2002).
• [5] Swift G.W.: Analysis and performance of a large thermoacoustic engine. J. Acoust. Soc. Am. 92: 1551-1563 (1992).
• [6] Swift G.W. Thermoacoustic engines. J. Acoust. Soc. Am.; 84:1145-1179 (1988).
• [7] Swift G.W. Thermoacoustic engines and refrigerators. Encyclopedia Appl. Phys. 21: 245-264 (1997).
• [8] Hadi Babaei, Kamran Siddiqui. Design and optimization of thermoacoustic devices. Energy Conversion and Management 49: 3585-3598 (2008).
• [9] Symko O.G., Abdel-Rahman E., KWON Y.S., Emmi M., Behunin R.: Design and development of high-frequency thermoacoustic engines for thermal management in microelectronics. Microelectronics Journal 35: 185-191 (2004).
• [10] Tijani M.E.H., Zeegers J.C.H., De Waele A.T.A.M.: Design of thermoacoustic refrigerators. Cryogenics 42: 49-57 (2002).
• [11] Lawrence E. Kinsler, Austin R. Frey, Alan B. Coppens, James V. Sanders: Fundamentals of acoustics, third edition. John Wiley & Sons NY (1985).
• [12] Wheatley J.C., Hofler T., Swift G.W., Migliori A.: Understanding some simple phenomena in thermoacoustics with applications to acoustical heat engines. Am. J. Phys. 53: 147-162 (1985).
• [13] Ward B., Clark J., and Swift G.W.: Design environment for low-amplitude thermoacoustic energy conversion, DELTAEC version 6.2: Users guide. Los Alamos national laboratory (2008).