音波エンジンにおける音響流の可視化とその制御方法の確立

声波发动机中声流的可视化及其控制方法的建立

• 批准号: 18760052
• 负责人: 琵琶 哲志
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760052/
• 关键词: 熱音響工学; 音響流; 音響インピーダンス; 熱工学; 流体; 可視化

熱と音波の間のエネルギー変換現象である熱音響現象を利用すると,熱から音波を発生する音波エンジンや音波により冷凍を実行する音波クーラーが可能になる.これら熱音響機器は既存の熱機関と比較すると効率が低いが,これは熱音響エネルギー変換に本質的な問題があるわけではなく,進行波音波に伴って生じる定常的質量流(音響流)が引き起こす熱的損失が問題であると考えられている.しかし,直接的な観測に基づく音響流の定量的評価は未だに行われていない.熱音響機器の性能向上を目標として,音響流の計測を通じてその制御方法を提案することを目的に実験的研究を遂行している.昨年度はループ型の配管を持つ進行波音波エンジンにおける音響流の観測を行い,進行波音波の伝搬方向に流れる音響流を確認した.この音響流が音波エンジンの効率を著しく下げる可能性があることも分かった.今年度はパルス管冷凍機プロトタイプを作成し,その内部の振動流体ダイナミクスの計測を行った.自作した空気を作動流体とするオリフィス型パルス管冷凍機はオリフィスバルブを最適に調整することでマイナス5度程度の低温が得られることを確認した.最適バルブ開度における流動状態をレーザードップラー流速計ならびにシート状レーザー光による可視化実験により調べた.その結果,最適開度では音響インピーダンスの位相角が最も小さくなることが分かった.この振る舞いは簡単な等価回路で再現できる.また可視化により大振幅では顕著な音響流が発生することも分かった.

使用热声现象，热和声波之间的能量转换现象，可以使用声波从热和声波使用声波进行冷藏的声波产生声波。这些热声设备的效率不如现有的热发动机高，但这并不意味着热声能量转换存在一个基本问题，并且人们认为，由稳定的质量流量（声流）引起的热损失是一个问题。但是，尚未对基于直接观察的声流进行定量评估。为了改善热声设备的性能，我们进行了实验研究，目的是通过测量声流进行控制方法。去年，我们观察到带有循环管道的波动声音发动机和行进波的传播。我们确认了方向上的声流。还发现，这种声流可以显着降低声音发动机的效率。今年，我们创建了一个原型脉冲管冰箱，并测量了其中的振动流体动力学。我们证实，使用空气作为工作流体的孔型脉冲管冰箱可以通过优化孔口阀来达到约5度的低温。使用激光多普勒流量计和板状激光调查了最佳阀门处的流状态。结果，我们发现声学阻抗的相位角度是最佳开口时最小的。可以通过简单的等效电路复制此行为。我们还发现，声流的可视化可以在很大的幅度下产生明显的声流。