Генератор термоакустичних коливань

Можливий винахід відноситься до області приладобудування і призначений для генерування термоакустичних коливань великих амплітуд. За прототип прийнято генератор термоакустичних коливань Лемана [Н.М. Беляев, Н.П. Белик, А.В. Польшин "Термоакустические колебания газожидкостных потоков в сложных тр убопроводах энергетических установок". КД., "Высшая школа", 1985, 160с.]. Генератор коливань Лемана складається із вертикальної труби з приєднаною ємністю на її вході, в нижній частині до ємності приєднаний нагнітач, а внутрішнє джерело підвода теплоти розташовано також в нижній частині вертикальної труби . Недоліком прототипа є те, що амплітуди коливань незначні та обмежена можливість управління ними. При зміні об'єму приєднаної акустичної ємності на вході вертикальної труби з метою зміни хвильового опору генератора змінюється також і його гідравлічна характеристика, оскільки приєднана акумулююча ємність включена в генератор послідовно з вертикальною трубою. В основу винаходу поставлена задача удосконалення генератора термоакустичних коливань, в якому зміна місця розташування нагнітача, внутрішнього джерела теплоти і акумулюючої ємності, а також способу її приєднання до вертикальної труби приводить до зростання амплітуди коливань та покращення керованості генератором при зміні його режимів, а це дозволяє здійснити створення значно потужніших акустичних полів при зовнішніх випробуваннях, а також збільшення потужності термоакустичних маяків. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому генераторі термоакустичних коливань, складеному із нагнітача, внутрішнього джерела теплоти, вертикальної труби та акумулюючої ємності змінного об'єму, нагнітач розташований в верхній частині вертикальної труби і з'єднаний з її входом, акумулююча ємність змінного об'єму сполучена з вертикальною трубою паралельно після нагнітача, а внутрішнє джерело теплоти розташоване між нагнітачем і акумулюючою ємністю змінного об'єму. В запропонованому генераторі термоакустичних коливань рух повітря, яке подається нагнітачем по вертикальній трубі, після його нагрівання направлений зверху вниз, тобто є зворотним у порівнянні з прототипом. В зв'язку з цим сила тяги нагрітого стовпа повітря в вертикальній трубі направлена проти руху, що обумовлює допоміжний механізм, який спричиняє зростання амплітуди коливань. Це має місце, оскільки із зростанням витрати при незмінній величині теплового потоку внутрішнього джерела теплоти We температура стовпа повітря, який рухається в вертикальній трубі, зменшується і сила тяги, яка діє проти руху, також зменшується. Таким чином, спостерігається аналогія з дією від'ємного опору, що власне і спричиняє допоміжний механізм автоколивань, який, в свою чергу спричиняє збільшення величини амплітуди термоакустичних автоколивань. Генератор термоакустичних коливань (фіг.1) складається із нагнітача 1, внутрішнього джерела теплоти 2, вертикальної труби 3 та акумулюючої ємності змінного об'єму 4. Призначення деталей та нагнітача таке: нагнітач 1 створює рух повітря до внутрішнього джерела теплоти 2, вертикальної труби 3, по якій потім рухається нагріте повітря. Акумулююча ємність змінного об'єму 4 призначена для зміни величини хвильового опору генератора з метою варіації амплітуди та форми коливань. Генератор термоакустичних коливань працює таким чином: нагнітач 1 подає повітря в вертикальну трубу 3, де від внутрішнього джерела теплоти 2 має місце його нагрівання, а далі повітря рухається вниз по вертикальній трубі 3. Оскільки потужність внутрішнього джерела теплоти 2 є незмінною, то в генераторі термоакустичних коливань діють механізми феномена Рійке, які збуджують і підтримують коливання сумісно з механізмом обумовленим тим, що тяга труби направлена проти руху повітря і зменшується при збільшенні величини витрати, тобто діє як від'ємний опір, сприяє зростанню амплітуди коливань. На фігурі 2 зображені автоколивання генератора Лемана, а на фігурі 3 коливання, які збуджуються запропонованим генератором термоакустичних автоколивань, що дозволяє їх порівняти. Переваги запропонованого генератора термоакустичних коливань: збудження коливань великих амплітуд, значно більших в порівнянні з відомими генераторами, простота конструкції, надійність, довговічність та безпечність роботи, простота обслуговування, можливість значного регулювання амплітуди та форми коливань шляхом зміни хвильового опору при збереженні незмінності гідравлічної характеристики вертикальної труби. Є можливість також змінити форми коливань при незмінній величині амплітуди.