Кіріспе
Жылу мен дыбыс өзара әрекеттесуін зерттеу. Термоакустика – бұл акустикалық толқындардың температура, тығыздық және қысым өзгерістері арасындағы өзара әрекеттесу. Термоакустикалық жылу машиналары күн энергиясымен немесе қалдық жылумен оңай қозғалысқа келтірілуі мүмкін және пропорционалды басқару арқылы басқарылуы мүмкін. Олар төмен температурада қол жетімді жылуды пайдалана алады, бұл оларды жылуды қайтару және төмен қуатты қолдану үшін өте қолайлы етеді. Термоакустикалық машиналарының құрамындағы компоненттер дәстүрлі машиналарымен салыстырғанда әдетте өте қарапайым болады. Бұл құрылғыны басқару және күтіп ұстау оңай. Термоакустикалық эффекттер жартылай балқытылған шыны құбырларды шыны ыдыстарға қосу арқылы байқалуы мүмкін. Кейде өздігінен күшті және біртекті дыбыс пайда болады. Дәл осындай эффект, егер тот баспайтын болат түтіктің бір жағы бөлме температурасында (293 К) болса, ал екінші жағы 4,2 К сұйық гелиймен жанасса, байқалады. Бұл жағдайда "Таконис тербелісі" деп аталатын өздігінен туындайтын тербелістер байқалады. Термоакустиканың математикалық негізін Николаус Ротт қалады. Кейіннен бұл сала Джон Уитли және Свифт пен оның әріптестерінің жұмыстарынан шабыт алды. Технологиялық тұрғыдан термоакустикалық құрылғылардың артықшылығы – оларда қозғалмалы бөліктер жоқ, бұл оларды сенімділік маңызды жағдайларда қолдануға тартымды етеді.
Thermoacoustics is the interaction between temperature, density and pressure variations of acoustic waves. Thermoacoustic heat engines can readily be driven using solar energy or waste heat and they can be controlled using proportional control. They can use heat available at low temperatures which makes it ideal for heat recovery and low power applications. The components included in thermoacoustic engines are usually very simple compared to conventional engines. The device can easily be controlled and maintained. Thermoacoustic effects can be observed when partly molten glass tubes are connected to glass vessels. Sometimes spontaneously a loud and monotone sound is produced. A similar effect is observed if one side of a stainless steel tube is at room temperature (293 K) and the other side is in contact with liquid helium at 4.2 K. In this case, spontaneous oscillations are observed which are named "Taconis oscillations". The mathematical foundation of thermoacoustics is by Nikolaus Rott. Later, the field was inspired by the work of John Wheatley and Swift and his co workers. Technologically thermoacoustic devices have the advantage that they have no moving parts, which makes them attractive for applications where reliability is of key importance.
Жолшығыс толқын жүйелері
3-сурет – қозғалмалы толқынды термоакустикалық қозғалтқыштың схемалық кескіні. Ол резонаторлық түтік пен регенераторды, үш жылу алмастырғышты және жанама контурдан тұратын циклдан құралған. Регенератор – жоғары жылу сыйымдылығына ие кезекті орта. Газ регенератор арқылы алға-артқа қозғалғанда, ол регенератор материалынан жылуды үнемі жинап, қайтара береді. Стактан айырмашылығы, регенератордағы тесіктер жылудың тереңдеуінен әлдеқайда кішідір, сондықтан газ бен материалдың арасындағы жылулық байланыс өте жақсы. Идеал жағдайда регенератордағы энергия ағыны нөлге тең, сондықтан циклдегі негізгі энергия ағыны ыстық жылу алмастырғыштан импульстік түтік және жанама контур арқылы регенератордың екінші жағындағы жылу алмастырғышқа (негізгі жылу алмастырғышқа) дейін жүзеге асады. Контурдағы энергия 1-суреттегідей қозғалмалы толқын арқылы тасымалданады, сондықтан бұл жүйелер қозғалмалы толқынды жүйелер деп аталады. Регенератордың екі шетіндегі көлемдік ағымдардың қатынасы TH/Ta болып табылады, сондықтан регенератор көлемдік ағымды күшейткіш ретінде жұмыс істейді. Тұрақты толқынды жүйедегідей, температура TH жеткілікті деңгейде болса, машина "өзінен" дыбыс тудырады. Нәтижесінде пайда болатын қысым тербелістерін электр энергиясын өндіру, салқындату және жылу сорғысы сияқты түрлі мақсаттарда қолдануға болады.