熱音響現象に関する基礎的研究

热声现象基础研究

• 批准号: 03J05791
• 负责人: 坂本 眞一
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J05791/
• 关键词: 熱音響現象; 熱音響冷却システム; スタック; ループ管; 音響流; 熱音響自励振動; 熱境界層; 粘性境界層; 冷却システム

本年度は,ループ管の冷却効率の向上を目的とした研究を行った.現段階において,室温から氷点下30℃まで,最大約50℃の温度低下に成功している.ループ管の作業流体とスタック壁の間に形成される熱境界層と粘性境界層が,ループ管の冷却特性に影響を与えていると考え,それぞれの境界層の厚みとスタックの流路半径の関係を考察した.熱境界層内では効率的な熱交換が行われるが,粘性境界層内では熱交換が効率的に行われない.冷却特性を向上させるためには,スタックの流路半径を熱境界層の厚みと同程度とし,粘性境界層の厚みをできるだけ小さくするような条件の設定が望まれる.特に,熱境界層の厚みはスタックの温度によって変化することから,スタックの流路は,スタック内の温度勾配に則したテーパー状になったものが最適であると考えられる.また,粘性境界層に関しては,スタックの流路半径より粘性境界層の厚みが小さくなるようにループ管が共鳴周波数を自励的に選択していることが判明した.ビデオカメラによる観測やループ管内の熱流の流れから,ループ管内には音響流が発生していることが確認された.音響流はループ管の冷却特性を低下させているため,低減する方法を検討する必要がある.ループ管の冷却特性は,管内に充填する気体,管内圧力,発生音波の周波数,スタックの材質や流路半径,ループ管の全長など多くの要因に左右される.熱音響冷却システムとしての実用化に向けては,これらの要因を複合的に勘案し,冷却特性のさらなる向上を目指す必要がある.

今年，我们进行了旨在提高环管冷却效率的研究。在此阶段，我们已成功地将温度从室温降低至冰点以下30°C。我们认为，在环管的工作流体和堆栈壁之间形成的热边界层和粘性边界层对环管的冷却特性有影响，并考虑每个边界层的厚度与堆栈的流路径半径之间的关系。尽管在热边界层内发生了有效的热交换，但在粘性边界层内没有有效地进行热交换。为了提高冷却特性，需要设置条件，使堆栈的流路径半径与热边界层的厚度大致相同，并且粘性边界层的厚度尽可能小。特别是，由于热边界层的厚度根据堆栈的温度而变化，因此堆栈的流动路径是堆栈内的温度。据认为，根据梯度的锥形形状是最好的。此外，发现环管自我自我选择会选择谐振频率，从而使粘性边界层的厚度小于堆栈的流道半径。已经证实，通过摄像机的观察和环管内的热流观测到环管内发生声流。随着声流降低环管的冷却特性，有必要考虑减少冷却特性的方法。环管的冷却特性受许多因素的影响，例如管内的气体填充，管子内的压力，产生的声波的频率，堆栈的材料，流道的半径以及环管的总长度。为了将实际使用用作热声冷却系统，必须以复杂的方式考虑这些因素，并旨在进一步改善冷却特性。

项目成果

Experimental study on the start up profile of the Thermoacoustic Cooling system

热声冷却系统启动曲线的实验研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of ICA 2004 I
• 作者: T.Miki;N.Yamamura;Shin-ichi Sakamoto;Shin-ichi Sakamoto
• 通讯作者: Shin-ichi Sakamoto

Combination effect of stacks as a heat pump on the thermoacoustic cooling system

电堆作为热泵对热声冷却系统的组合效应

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of IEEE International Ultrasonics Symposium 2004
• 作者: T.Miki;N.Yamamura;Shin-ichi Sakamoto
• 通讯作者: Shin-ichi Sakamoto

熱音響冷却システムの共鳴周波数について

关于热声冷却系统的谐振频率

• 发表时间: 2004
• 期刊: 信学技報US-2004-52
• 作者: T.Miki;N.Yamamura;Shin-ichi Sakamoto;Shin-ichi Sakamoto;坂本 眞一
• 通讯作者: 坂本 眞一