כיצד מנועים מהודקיים יכולים להפוך טכנולוגיות עתידיות

עקרונות המנועים הירומאקטיים

מנועי הירומקיים מנצלים תופעה שתוארה לראשונה במאה ה-19 אך רק בהתממשו במחצית השנייה של המאה ה-20.כאשר ⁇ טמפרטורה מבוססת על ערימה צפופה של צלחות מקבילות או חומר ⁇ (הסטיק) או "מארגן מחדש") ממוקם בתוך נפח חתומה של גז, אוקטנות אקוסטיות ניתן ליצור באופן ספונטני.

שתי תצורה ראשונית קיימת: עמידה גלים ומנועי גלים. מנועי גלי גלים הם פשוטים יותר, להסתמך על צינור אחד עם ערימה ליד אחד קצה עיצובים גלי גלים, כגון מנוע thermoacoustic Stirling, להשתמש לולאה משוב כדי ליצור זרימה רציפה של אווסכיטור, להשיג יעילות גבוהה יותר על ידי חיקוי מחזור תרמודינמיקה של המנוע מבלי צורך tirling unplacerkontiririririririririririzing, לעתים קרובות עובד מחזור אוויר irgin.

השוואה עם טכנולוגיות מסורתיות

מערכות הנעה קונבנציונליות - מנועי הבעירה פנימית, טורבינות גז, ומנועים טילים - באופן ישיר על הבעירה ישירה של דלקים מאובנים כדי לייצר לחץ וחום.מערכות אלה כרוכות בתאי התלקחות בטמפרטורה גבוהה, רכבות מסתומות מורכבות, רוטט סטרומונים, ומערכות קירור מורכבות, אשר סובלים מלבוש, מתח תרמי, ועייפות.

השוואות יעילות תלויות בתנאי הפעלה.מנועי הבעירה הפנימית המודרנית להשיג יעילות תרמית גבוהה סביב 40-45%, בעוד מנועי דיזל ימיים גדולים יכולים להגיע ל-50%.מנועי הירו-אקומית הוכיחו יעילות גבוהה יותר מ-30% באבמני מעבדה, ועיצובי גלי נסיעה התקרבו 40% עם ממריצים ספציפיים וחילופי חום.

יתרונות מרכזיים בפירוט

הקטנת מורכבות מכנית

עם כמה או לא חלקים נעים בחלק החם, מנועי thermoacoustic לחסל מצבי כשלון נפוצים למנועי קונבנציונליים: שסתום דבק, טבעת piston ללבוש, עייפות נושאת, ו להב טורבינות מצמרר.זה מתורגם מרווחי תחזוקה ארוכים יותר ואמינות רבה יותר ביישומים לא מאוישים או מרוחקים כגון בדיקות חלל, תת-קרקעיות עמוקות, או תחנות כוח גלקטיות.

גמישות דלק ויתרונות סביבתיים

מכיוון שההתחממות מגיעה ממקור חיצוני, המנוע מוזנח מתהליך הבעירה של הדלק.זה יכול לפעול על חום השמש, אנרגיה גיאותרמית, חום פסולת מרוכז מצמחים תעשייתיים, או אפילו גנרטורים תרמואלקטריים רדיואיזוטופים.כאשר השימוש בבעירה, תא הבעירה יכול להתאים בנפרד לפליטה נמוכה, באמצעות כוויות, חמצון נשט, או פחמן לא מייצר רק את המקור האקוסטי.

מבצע שקט

הoscillations אקוסטיים מייצרים קול בתדר יחיד או להקה צרה, אשר ניתן בקלות לטבול או אפילו לרתום. בניגוד לרעש רחב של מנועי ההתחדשות או טורבינות מהירות גבוהה, מנועי thermoacoustic הם שקטים יותר, יתרון גדול עבור צוללות, טווחי רכב חשמליים להאריך, או ייצור אנרגיה עירוני.

סקלאלה ומודולריות

הפיזיקה של קשקשים תרמוקליים עדיף על מגוון רחב של גדלים.תקני מיקרו בקנה מידה יכול לייצר וואט של כוח עבור אלקטרוניקה ניידת, בעוד מתקנים רב-מגהוואט כבר חזו עבור ייצור חשמל בקנה מידה רב. יחידות מרובות ניתן לארגן במערך ללא סינכרונוניזציה מורכבת, שכן הפיכה אקוסטית של שלב-שלבים באופן טבעי הם.

דרישות מתפתחות במערכות ההנעה

המונחים: space Propulsion

הנעה חללית מסורתית מסתמכת על טילים כימיים או על משחתות יון, שלשניהם יש דחף ספציפי גבוה, אך דורשת טנקים כבדים של דחף כבד.מנועי אוויריים יכולים להשתלב עם תנורי רדיואיזוטופים או כוח סולארי מרוכז כדי לייצר רמות דחף קטנות עבור תחנת-התחנה, התאמות, או משימות קרביות בין כוכבי הלכתיים של לוס אנג'לס.

תעופה

במטוס, מנועי thermoacoustic יכולים לשמש יחידות כוח עזר (APUs) או כצירים בטווח אדריכלות הנעה היברידית-חשמלית הנעה חשמלית. על ידי שריפת דלק תעופה בר קיימא בקובוס חיצוני, המנוע האקוסי מניע גנרטור כי סוללות או כוחות מנועים חשמליים. רמות רטט נמוך ורעש אטרקטיבי עבור כלי רכב אוויר עירוניים.

המונחים: Marine Propulsion

אוניות הן מועמדים ראשוניים כי מגבלות רעש הן פחות חמורות ופסולת חום מהמנוע הראשי ניתן לשחזר. מחזור קרקעי תרמודקי יכול להגביר את היעילות הכוללת על ידי המרת חום תת-ממצה לכוח עזר עבור משאבות, אלקטרוניקה, או אפילו לדחוף פיר עוזר.היכולת לשרוף שמן דלק כבד, LNG, או דלקים ביולוגיים עתידיים מבלי לשנות את חום עצמו מפשט דלק כמו התקני ניקוי.

תחבורה

עבור משאיות, רכבות, ו off-Highway כלי רכב, גנרטורים תרמו-קליים יכולים להחליף את המנופים הקונבנציונליים או לספק כוח עזר עבור קירור, מערכות הידראוליות, ובקרת אקלים תא.ברכבות היברידיות, המנוע יכול לרוץ על עומס אופטימלי קבוע בעוד הכונן החשמלי מטפל בדרישות שיא, צמצום צריכת הדלק ופליטות.

אתגרים ודרכים מחקר

למרות היתרונות המשכנעים, יש להתגבר על כמה מכשולים טכניים לפני שהמניעה תרמוקריטית הופכת למיינסטרים.

הכח הכח הכח

צפיפות הכוח האקוסית של מנועי התרמו-אקטיים הנוכחיים היא בדרך כלל נמוכה יותר מזו של מנועי הבעירה פנימיים גדולים או טורבינות.גז העבודה חייב להתבודד על פני חילופי חום עם אזורי משטח גדולים, הגדלת טביעת הרגל. החוקרים חוקרים חוקרים חוקרים את ניתוח בלחץ גבוה (עד 100 בר) ושימוש בחומרים קלים כגון מאטריקס מורכב כדי להגביר את הכוח ליחידה.

עיצוב חימום

הביצועים של מנוע תרמוקריטי נשענים על יעילותם של מחליפי חום חמים וקרים שלה.הם חייבים להעביר כמויות גדולות של חום עם ירידה בלחץ מינימלית ו אינרציה תרמית.טכניקות ייצור תוספת מתקדמות עכשיו לאפשר ייצור של מבנים צמיגים כי לשפר את העברת חום תוך צמצום משקל. לוס אלמוס המעבדה הלאומית פרסמה הנחיות עיצוב עבור חילופי חום קומפקטיים שמגבירים את יעילות המנועים ב -10-15%.

חומרים ועלויות

החלפת חום חם וערימה חייבים לעמוד בטמפרטורות גבוהות (בדרך כלל 500-1000 ° C) ורכיבה תרמית חוזרת. פלדות אל-חלד בלתי-מעוררה מספיקות לשיקום חום של בזבוז זמן נמוך, אבל אוויר ויישומים בחלל דורשים superalloys או קרמיקה, אשר מעלה את העלות.מחקר הוא מתמשך סגסוגת ריבאורד וציפוי חום תרמי שיכולים להאריך את חיי השירות תוך צמצום אובדן parasitic חום.

אובדן אקוסטי ויציבות

הפסדים אקוסטיים בשחפת ההתחדשות ואפקטי ערימה של ערימה. העשבים של גלי נסיעה יכולים להיות מעוצבים עם רשתות אימפולסים אכזבות אכזבות, אבל הם רגישים לתנאי הפעלה. מערכות בקרה אקטיבית באמצעות מיקרופון משוב ועומסים אקוסטיים משתנים הוכחו כדי לשמור על תנופה יציבה על פני מגוון רחב של תפוקות חשמל.

הדרך קדימה

התקדמות משמעותית נעשתה מאז 2010s. חברות כגון Etalim (קנדה) ו SoundEnergy (הולנדים) יש מכשירים תרמו-אקטיים מסחריים לשיקום חום ויישומים סולריים, השגת רמות כוח בטווח 1-10 קילוואט היום.משרד האנרגיה ה- T.S.S. מממן פרויקטים רב-שנתיים לפיתוח גנרטורים ענקיים של חום-אווירי עבור כוח משולב, ו-Afalthal Reropic של האיחוד האירופי: 1.Timcto-R.

ככל שעלויות הייצור יורדות ויעילות משתפרות, מערכות ההנעה התרמו-אקוזיות הראשונות יכולות להופיע על מל"טים ולוויינים קטנים בתוך חמש שנים, עם יישומים ימיים ומסילות רכבתיים גדולים יותר לאחר עשור.המשך התקדמות בייצור תוספים, חומרים עתירי טמפרטורה גבוהה, ומודלים אקוסטיים יזרזו אימוץ.

מסקנה

מנועי ה-Rmoacous מציעים דרך שונה לחלוטין להמיר חום לעבודה מכנית, אחת שמסתמך על גלים אקוסטיים במקום לרקב או להפעלה מחדש של מכונות.פשטות, גמישות דלק, פליטות נמוכות, ופעולה שקטה הופכת אותם אטרקטיביים במיוחד עבור מערכות הנעה עתידיות בחלל, אוויר, אדמה וים, בעוד צפיפות כוח ועלויות נשארות אתגרים, מחקר ופיתוח פעיל הם סוגרים בהתמדה עם טכנולוגיות קונבנציונליות, אך לא מייצגות, אלא גם יכולות של לילה, אלא גם לא-טיפוס, אלא גם יכולות מרובות, אלא גם יכולות להחלפתן, אלא גם יכולות רב-אי-טיפוס, אך לא-טיפוס, אלא גם לטווח הארוך, אך לא-טיפוס, אלא גם לשרירים, אך לא-טיפוס, אלא גם לעצימותיות, אך לא-טווח הארוך, אלא גם לעצימותרפיות, אך הן, אך הן, אך הן יכולות רב-טיפוס, אך הן מתחלפות, אך לא-טיפוס, אך הן יכולות רב-טיפוס, אך הן יכולות רב-טווח הארוך, אך הן אינן יכולות להיות גמישות רב-טווח הארוך, אך הן, אך הן אינן יכולות לעצימותיות, אך הן, אך הן אינן יכולות להחלפתן, אך הן אינן יכולות לעצימותיות, אך הן