maplantsМашины и установки: проектирование, разработка и эксплуатацияMachines and Plants: Design and Exploiting2412-592XМОО "Стратегия объединения"maplants-30Research ArticleТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ И КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИHEAT ENGINES, HYDRAULIC MACHINES, REFRIGERATING AND CRYOGENIC EQUIPMENTЧисленное моделирование возникновения колебаний давления в термоакустическом преобразователеNumerical Simulation of Pressure Fluctuations in the Thermo-acoustic TransducerУглановД. А.UglanovD. A.

Samara

dmitry.uglanov@mail.ruНекрасоваС. О.NekrasovaS. O.

Samara

yhoji@yandex.ruВоробьевА. А.VorobievA. A.

Samara

andrej-vorobev@yandex.ruСоколовГ. В.SokolovG. V.

Samara

jocker4@mail.ruСамарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. КоролёваРоссияSamara State Aerospace University n.a. S.P. KorolevRussian Federation201517062016065462Copyright © Угланов Д.А., Некрасова С.О., Воробьев А.А., Соколов Г.В., 20162016Угланов Д.А., Некрасова С.О., Воробьев А.А., Соколов Г.В.Uglanov D.A., Nekrasova S.O., Vorobiev A.A., Sokolov G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.maplants-journal.ru/jour/article/view/30

В статье рассмотрены особенности численного моделирования процесса возбуждения акустических колебаний в резонаторах с пористой вставкой (регенератором) для исследования процесса возбуждения термоакустических колебаний в контуре модели малоразмерного двигателя на пульсационной трубе. Предложена упрощенная конечно-элементная модель резонатора и определен гармонический закон распределения температуры на регенераторе. Приведены временные зависимости скорости и амплитуды давления для открытого конца резонатора, расчетное значение рабочей частоты процесса приблизительно равно значению частоты для заданной длины резонатора. Полученные результаты позволяют судить о правильности выбора схемы дискретизации в ESI CFD ACE для учета неравновесных процессов тепломассообмена в области регенератора. результаты численного моделирования необходимо расширить с целью учета реальных особенностей конструкции двигателя на пульсационной трубе. DOI: 10.7463/aplts.0615.0829643

The article describes the features of numerical simulation of acoustic oscillation excitation in the resonators with a foam insert (regenerator) to study the excitation of thermo-acoustic oscillations in the circuit of small-sized engine model on the pulse tube.

The aim of this work is the numerical simulation of the emerging oscillations in thermoacoustic engine resonator at the standing wave. As a basis, the work takes a thermo-acoustic resonator model with the open end (without piston) developed in DeltaEC software. The precalculated operation frequency of the given resonator model, as a quarter of the wave resonator, is ν = 560 Hz.

The paper offers a simplified finite element resonator model and defines the harmonic law of the temperature distribution on regenerator. The time dependences of the speed and pressure amplitude for the open end of the resonator are given; the calculated value of the process operating frequency is approximately equal to the value of the frequency for a given length of the resonator. Key findings, as a result of study, are as follows:

1

1. The paper shows a potential for using this ESI-CFD Advanced software to simulate the processes of thermal excitation of acoustic oscillations.

2

2. Visualization of turbulent flow fluctuations in the regenerator zone extends the analysis capability of gas-dynamic processes.

3

3. Difference between operating frequency of the process simulated by ESI-CFD Advanced and frequency value obtained by analytical methods is about 4%, which is evidence of the model applicability to study the acoustic parameters of thermo-acoustic transducers. Experimental results have proved these data.

модель резонаторапульсационная турбинатермоакустикатепломассобменresonator modelpulse turbinethermo-acousticsheat and mass transferReferencesYoshida T., Yazaki T., Futaki H., Hamaguchi K., Biwa T. Work flux density measurements in a pulse tube engine // Applied Physics Letters . 2009. Vol. 95. DOI: 10.1063/1.3187546Yoshida T., Yazaki T., Futaki H., Hamaguchi K., Biwa T. Work flux density measurements in a pulse tube engine. Applied Physics Letters, 2009, Vol. 95. DOI: 10.1063/1.3187546Swift G. W. Thermoacoustics: A Unifying Perspective for Some Engines and Refrigerators // The Jornal of the Acoustical Society of America. 2003. Vol. 113. DOI 10.1121/1.1561492Swift G. W. Thermoacoustics: A Unifying Perspective for Some Engines and Refrigerators. The Jornal of the Acoustical Society of America, 2003, Vol. 113, DOI 10.1121/1.1561492Swift G. W. Thermoacoustic engines // Journal of the Acoustical Society of America. 1988. Vol.84. pp. 1145-1180. DOI: 10.1121/1.396617Swift G. W. Thermoacoustic engines. Journal of the Acoustical Society of America, 1988, Vol.84, pp. 1145–1180. DOI: 10.1121/1.396617Ward W. C., Swift G. W. Technical notes and research briefs // Journal of the Acoustical Society of America. 1994. Vol. 95. DOI: 10.1121/1.409938Ward W. C., Swift G. W. Technical notes and research briefs. Journal of the Acoustical Society of America, 1994, Vol. 95. DOI: 10.1121/1.409938Rayleigh. The explanation of certain acoustical phenomena // Nature. 1878. Vol. 18. no. 455, P.319-321. DOI:10.1038/018319a0Rayleigh. The explanation of certain acoustical phenomena. Nature, 1878, Vol. 18, no. 455, pp.319-321. DOI:10.1038/018319a0Bastyr K. J., Keolian R. M. High-frequency thermoacoustic - Stirling heat engine demonstration device // Acoustics Research Letters Online. 2003. Vol. 4. P.37-40. DOI: 10.1121/1.1558931Bastyr K. J., Keolian R. M. High-frequency thermoacoustic – Stirling heat engine demonstration device. Acoustics Research Letters Online, 2003, Vol. 4, pp. 37-40. DOI: 1121/1.1558931CFD-ACE V2009.4: User Manual. Huntsville: ESI Group, 2009.CFD-ACE V2009.4: User Manual. Huntsville, ESI Group, 2009.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.