Двигатели бывают самые разные. За всю историю машиностроения использовались и относительно стандартные подходы, и совсем необычные. Наибольшую известность получили классические двигатели внутреннего сгорания и электрические двигатели. Но не все знают, что существуют такие агрегаты, как двигатели Стирлинга или тремоакустические двигатели.
Про двигатель внешнего сгорания или двигатель Стирлинга заметка уже была, а вот про термоакустический двигатель мы ещё не разговаривали. На самом деле вариантов конструкций двигателей ещё больше, но обо всём по порядку.
Итак, термоакустический двигатель - это тип тепловой машины, которая преобразует тепловую энергию в акустическую энергию, а затем в механическую работу.
Он работает на основе принципов термодинамики и акустики. Исходя из названия можно предположить, что это какая-то штука, которая "кричит" и тем самым отталкивается от воздуха.
На самом деле ничего принципиально нового тут нет. Логика функционирования та же, что и всегда. Есть некоторое "движение", а это движение можно заставить выполнять полезную работу. Восхищает скорее количество интерпретаций этого базового принципа. Способов превращений энергии бесчисленное множество.
В случае тремоакустического двигателя - основной принцип заключается в создании стоячей волны в резонаторе с помощью пористых материалов или трубы, заполненной газом или рабочей жидкостью. Стоячая волна вызывает изменения давления и температуры в газе, которые, в свою очередь, вызывают циклическое расширение и сжатие газа. Это приводит к чистому смещению газа, которое можно использовать для производства механической работы.
Сделать модель термоакустического двигателя очень просто. Тогда и описание принципа в предыдущем абзаце перестанет казаться таким сложным. Возьмите обычную пробирку или любую запаянную с одной стороны, прозрачную трубку.
В центр пробирки (трубки) поместите немного металлической ваты (она есть в строительных магазинах). Второй конец пробирки запечатайте чем-то типа полипропилена или полиэтилена, чтобы получилась мембрана. Теперь нагревайте трубку в точке, чуть ниже расположения металлической вата. Мембрана начнет издавать звуки и совершать механические колебания. Их-то и можно превратить в работу. Помимо непосредственных колебаний мембраны мы ещё имеем поток воздуха внутри пробирки. Его можно преобразовать в работу с помощью турбины. Здесь же можно поставить микрофон, который преобразует движущийся поток воздуха в электрический ток.
Наверное главный вопрос - для чего нужна металлическая вата? Её, кстати говоря, можно было бы заменить любым материалом с открытыми порами. Её задача - создать некоторую проницаемую границу для разделения горячей и холодной зон. Без этого мы бы получили просто равномерный процесс без заметного перемещения рабочего газа.
В случае с нашей пробиркой (которая является моделью реального двигателя) схема работы получается следующей:
- Мы нагреваем рабочий газ (в пробирке воздух), заставляя его расширяться. Создаётся поток воздуха с давлением. Ведь воздух пытается "вылезти" из нагреваемой части пробирки.
- Поток воздуха проходит через пористый материал (у нас это вата) или трубку к холодной части двигателя, где охлаждается и сжимается.
- Сжатие газа создает волну разрежения, которая возвращается через к горячему концу двигателя.
- Волна разрежения заставляет газ снова расширяться, завершая цикл и создавая чистое смещение газа, которое можно использовать для создания механической работы.
Термоакустические двигатели эффективны и надежны, потому что они не имеют движущихся частей и значит не подвержены износу. Такая схема очень простая, а это ключ к успеху в механике.
------
👍 Ставьте лайк материалу, чтобы поддержать проект! 📝 Пишите мнение в комментариях.
🚧🚧🚧
⚡ Подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи!!!⚡
✅ Подписывайтесь на канал в ДЗЕНе и обязательно возвращайтесь! Обновления выходят регулярно👀
💡 Читайте статьи на сайте!