การทดสอบสมรรถนะของเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกแบบคลื่นนิ่งสำหรับประยุกต์ใช้งานกับการทำความเย็น

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาและทดสอบสมรรถนะเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกแบบคลื่นนิ่ง โดยกำลังอะคูสติกที่ผลิตขึ้นจะถูกนำไปใช้ขับเครื่องทำความเย็นเทอร์โมอะคูสติกต่อไป ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาปัจจัยที่ส่งผลต่อความสามารถในการผลิตคลื่นแกว่งไกว ได้แก่พลังงานความร้อนป้อนเข้า ชนิดสารทำงาน และความดันเฉลี่ยภายในระบบ โดยสแตกที่ใช้ในการทดสอบเป็นสแตกแบบตาข่าย ทดสอบภายใต้ความดันของก๊าซฮีเลียมและอาร์กอนในช่วงความดัน 30 ถึง 40 บาร์และใช้ฮีทเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวป้อนพลังงานความร้อนเข้าสู่ระบบ จากผลการทดสอบพบว่าแอมพลิจูดของคลื่นแกว่งไกวมีขนาดเพิ่มขึ้นเมื่อระดับพลังงานความร้อนป้อนเข้าและความดันเฉลี่ยของสารทำงานมีค่ามากขึ้นแต่ในขณะที่อุณหภูมิเริ่มต้นแกว่งไกวมีขนาดลดต่ำลง โดยปัจจัยดังกล่าวมีผลต่อความถี่รีโซแนนท์เพียงเล็กน้อยเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซฮีเลียมเป็นสารทำงานสามารถผลิตกำลังอะคูสติกได้สูงกว่าที่ใช้ก๊าซอาร์กอน ซึ่งเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกนี้สามารถผลิตกำลังอะคูสติกได้สูงสุด 48 วัตต์ที่พลังงานความร้อนป้อนเข้าสู่ระบบ 751 วัตต์เทียบเท่าประสิทธิภาพในการแปลงพลังงาน 6.39% และการเปลี่ยนชนิดของสารทำงานมีผลต่อความถี่รีโซแนนท์ค่อนข้างมาก

The objective of this research was to study and test the standing-thermoacoustic engine. The acoustic power generated was utilised in driving the thermoacoustic refrigerator later on. This research then focused on the investigation of the parameters that affected the capability of generating oscillating waves, including thermal input energy, working fluid, and mean pressure. The stack used here was the screened stack. The engine was examined under a high pressure range of 30 to 40 bar of helium and argon. An electrical heater was used as the heat source. In the experimental results, when the level of thermal input energy and mean pressure of the system was increased, the pressure amplitudes observed became larger, but the onset temperatures gradually reduced. These parameters had a small effect on the resonant frequency. An engine using helium as a working fluid can provide higher acoustic power compared with the case of argon. This thermoacoustic engine can produce maximum acoustic power up to 48 W at the thermal input energy of 751 W, which is equivalent to the energy conversion efficiency of 6.39%. The type of working fluid also had a significant effect on the resonant frequency of system.