熱音響効果により駆動される冷凍機の性能に関する理論的研究

热声效应驱动制冷机性能的理论研究

基本信息

批准号：
07650239
负责人：
飛原英治
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07650239/
关键词：
熱音響冷凍機成績係数伝達行列法音波

项目摘要

本研究では、熱音響冷凍機の基本的な動作メカニズムの解明、各構成要素の構造が性能に与える影響を理論的に明らかにして、熱音響冷凍機の実用化のための知見を得ることを目的としている。熱音響冷凍機には、管の両端にそれぞれ音響を発生させるためのスピーカーと、音響の振幅を増大させるための共鳴器が取り付けられている。そして、管の中にスタックと呼ばれる1〜2mm程度の間隔で積層された薄い板を挿入すると、スタックの一方端から他方端へ音響によって熱が移動する。その結果、熱が奪われる側の温度が低下し、冷凍効果を得ることができる。音響冷凍機の動作機構の解明にあたって、新たに伝達行列法による解析方法を考案し、実験によりその妥当性の検証を行った。スタックを音波(定在波)中に置くと、その速度および温度境界層内において圧力、速度、密度振動の位相が局所的に変化する。熱が輸送される基本原理はこれらの位相変化に基づいているので、その位相変化を計算し,その結果を伝達行列の形式にまとめる手法を考案した。計算される位相変化を実験と比較することにより、シミュレーションの妥当性を検証する必要があるので,長さ約50cmの共鳴管を有する実験装置を製作した。その結果以下の知見を得た。1 伝達行列法により導かれる圧力と流速の分布は,位相は実験結果と良く一致し,振幅は30%程度の差があることが分かった。2 熱負荷がない条件下で温度分布を計算し実験と比較すると,両者は定性的にはよく一致した。3 入力エネルギー,スタック長さ,スタック間距離などの熱音響冷凍機の幾何学的パラメータが冷凍機の成績係数に与える影響を計算により求めることができた。

这项研究旨在阐明热声冰箱的基本操作机理，并从理论上阐明每个组件的结构对性能的影响，并获取知识以实际使用热声冰箱。热声冰箱在管子的两端安装，以产生声学和谐振器来增加声学幅度。然后，当将一个称为堆栈的薄板以约1到2 mm的间隔插入管中时，声音从堆栈的一端转移到另一端。结果，去除了热量的侧面的温度降低，并可以获得制冷效果。在阐明声冰箱的工作机理时，使用传输矩阵方法设计了一种新的分析方法，并通过实验验证了其有效性。当堆栈放置在声波（常驻波）中时，压力，速度和密度振动的相位在其速度和温度边界层内局部变化。热传输的基本原理基于这些相变的变化，并设计了一种计算相变的方法，并将结果汇总为传输矩阵的形式。由于需要通过将计算出的相变量与实验进行比较，因此需要验证仿真的有效性，因此制造了一个长度约为50 cm的实验装置。结果，获得了以下发现。 1发现，通过转移矩阵方法得出的压力和流速度的分布与实验结果非常吻合，幅度约为30％。 2当温度分布在没有热载荷的条件下计算并与实验进行比较时，两者在质量上非常一致。 3热声冰箱的几何参数的影响，例如输入能，堆栈长度和堆栈距离对冰箱性能系数的影响可以通过计算来计算。