Zjawisko chłodzenia termoakustycznego – koncepcja stanowiska badawczego
Thermoacoustic cooling phenomenon – test stand conception
Sebastian Michalski, Krzysztof Grzywnowicz, Leszek Remiorz
Streszczenie
W artykule przedstawiono studium konstrukcji chłodziarki termoakustycznej, złożonej z wzbudnika akustycznego,
rezonatora, regeneratora oraz zimnego i gorącego wymiennika ciepła. Pokazano również metodologię optymalizacji
konstrukcji chłodziarki termoakustycznej z falą stojącą. Przyjęto, że gazem roboczym w analizowanym urządzeniu jest powietrze
o ciśnieniu bezwzględnym 10 bar. Średnią temperaturę gazu wewnątrz chłodziarki założono na poziomie 230,65 K,
a różnica temperatur między wymiennikiem zimnym i gorącym jest równa 75 K. Zbadano wpływ zmiany znormalizowanych
pozycji i długości regeneratora na parametry termodynamiczne chłodziarki termoakustycznej (takie jak strumień ciepła
i współczynnik efektywności chłodziarki). Podczas tej analizy założono stałą częstotliwość dźwięku wynoszącą fa = 600 Hz.
Maksymalną moc cieplną ziębiarki otrzymano dla znormalizowanej pozycji regeneratora xs,n = 0,51 oraz znormalizowanej
długości Ls,n = 1. Jednakże, najwyższy współczynnik efektywności chłodziarki (COP), wynoszący ponad 71 % uzyskano dla
wartości parametrów wynoszących odpowiednio: xs,n = 0,17 oraz Ls,n = 0,311. Analizy powtórzono zmieniając częstotliwość
fali akustycznej w przedziale 200-3000 Hz. Najwyższą wartość współczynnika efektywności osiągnięto dla częstotliwości
fali akustycznej fa = 600 Hz. Omówiono koncepcję stanowiska badawczego, wykorzystującego zaprojektowane urządzenie,
pozwalającego na eksperymentalną weryfikację przedstawionych wyników analizy termodynamicznej.
rezonatora, regeneratora oraz zimnego i gorącego wymiennika ciepła. Pokazano również metodologię optymalizacji
konstrukcji chłodziarki termoakustycznej z falą stojącą. Przyjęto, że gazem roboczym w analizowanym urządzeniu jest powietrze
o ciśnieniu bezwzględnym 10 bar. Średnią temperaturę gazu wewnątrz chłodziarki założono na poziomie 230,65 K,
a różnica temperatur między wymiennikiem zimnym i gorącym jest równa 75 K. Zbadano wpływ zmiany znormalizowanych
pozycji i długości regeneratora na parametry termodynamiczne chłodziarki termoakustycznej (takie jak strumień ciepła
i współczynnik efektywności chłodziarki). Podczas tej analizy założono stałą częstotliwość dźwięku wynoszącą fa = 600 Hz.
Maksymalną moc cieplną ziębiarki otrzymano dla znormalizowanej pozycji regeneratora xs,n = 0,51 oraz znormalizowanej
długości Ls,n = 1. Jednakże, najwyższy współczynnik efektywności chłodziarki (COP), wynoszący ponad 71 % uzyskano dla
wartości parametrów wynoszących odpowiednio: xs,n = 0,17 oraz Ls,n = 0,311. Analizy powtórzono zmieniając częstotliwość
fali akustycznej w przedziale 200-3000 Hz. Najwyższą wartość współczynnika efektywności osiągnięto dla częstotliwości
fali akustycznej fa = 600 Hz. Omówiono koncepcję stanowiska badawczego, wykorzystującego zaprojektowane urządzenie,
pozwalającego na eksperymentalną weryfikację przedstawionych wyników analizy termodynamicznej.