СПЕЦІАЛІЗОВАНА КОМП’ЮТЕРНА СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЮ ТА ПАРАМЕТРИЧНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ТЕРМОАКУСТИЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У  вступі  обґрунтовано  актуальність  напряму  досліджень,  наведено

зв’язок  роботи  з  науковими  програмами,  сформульовано  мету  і  задачі

дослідження,  відображено  наукову  новизну,  практичну  цінність  роботи  і

особистий внесок здобувача, наведені відомості про апробацію, публікації та

використання результатів дослідження.

У  першому  розділі  розглянуто  доцільність  застосування

термоакустичних систем в сучасних технічних комплексах, а також наведено

аналіз  існуючих  методів,  структури  і  програмно-апаратних  засобів

спеціалізованих комп’ютерних систем контролю ТАП.

У  роботі  проаналізовано  наявні  комп’ютерні  системи  контролю

термоакустичних  процесів  для  ТАА  різних  структур.  Розглянуто  методи

оцінки  акустичних  параметрів  з  використанням  термоанемометрів,  лазерних

допплерівських  анемометрів  та  вимірювання  швидкості  по  зображенню

часток-трасерів.  Визначено,  що  зазначені  методи  потребують  використання

коштовного обладнання та необхідності внесення суттєвих структурних змін в

резонатор  ТАА.  Дані  недоліки  обмежують  можливості  застосування

зазначених методів лише в дослідних установках та роблять недоцільним їх

впровадження при реалізації комплексних автоматизованих та автоматичних

систем контролю ТАП.

Крім того, в роботі проаналізовані існуючі програмні засоби оптимізації

та контролю термоакустичних апаратів. Визначені основні принципи побудови

та  недоліки  наявних  комп’ютерних  систем,  розглянуті  методи  структурного

аналізу ТАА з використанням програмного середовища DeltaEC. 

На  базі  аналізу  структури  та  принципів  побудови  інформаційно-вимірювальних систем для контролю ТАП обґрунтовано доцільність синтезу

спеціалізованої  комп’ютерної  системи  із  використанням  непрямих  методів

визначення  акустичних  параметрів  на  основі  двоточкових  інформаційно-вимірювальних схем.

У  другому  розділі  сформульовано  завдання,  а  також  обґрунтовано

апаратну  базу  та  структуру  СКС  (рис.  1),  яка  забезпечує  вимірювання

фізичних параметрів ТАА будь-якої структури, для чого проведено структурну

класифікацію термоакустичних систем та здійснено аналіз основних фізичних

параметрів, що характеризують роботу ТАП. В результаті аналізу встановлено,

що  даним  системам  притаманна  висока  залежність  ефективності  роботи  від

структурних особливостей їх побудови та низки неконтрольованих параметрів

зовнішнього  середовища.  Для  дослідження  впливу  окремих  структурних

параметрів ТАА на ефективність їх роботи, синтезовано математичну модель,

що  базується  на  ліній  моделі  термоакустичних  систем  Ротта  та  за  рахунок

реалізації  з  застосовуванням  методу  скінченних  різниць,  дозволяє  в  режимі

реального  часу  проводити  обчислення  просторового  розподілу  фізичних

параметрів ТАА. 

Головними  складовими  синтезованої  СКС  є  відокремленні

автоматизовані робочі місця (АРМ) контролю термоакустичних систем різних

типів.  Так,  в  системах  життєзабезпечення  застосовуються  термоакустичні

теплові насоси та рефрижератори, що можуть бути використані для підігріву

або  охолодження  приміщень.  При  здійсненні  контролю  термоакустичних

7

систем утилізації ВЕР слід враховувати змінний характер підведеної енергії,

що  залежить  від  режиму  роботи  зовнішньої  енергетичної  системи,  а  тому

кожен  АРМ  СКС  має  бути  оснащено  сучасною  контрольно-вимірювальною

апаратурою,  що  повинна  забезпечити  фіксацію  робочих  параметрів  ТАА  в

режимі реального часу.

Рис. 1. Структурна схема СКС контролю та оптимізації ТАП

Складовими частинами (рис. 2) будь-якої термоакустичної установки є:

порожнистий  резонатор,  об’єм  якого  заповнено  робочим  тілом  (повітря,

інертні гази); теплообмінні поверхні, що використовуються для підведення та

відведення теплової енергії відповідно до та від термоакустичної установки;

генератор  акустичних    хвиль,  що  забезпечує  наявність  звукової  хвилі  в

середині резонатору ТАА та визначає структурний різновид термоакустичної

системи; стек або регенератор  –  висококомпактна теплообмінна поверхня, в

середині  якої  відбуваються  взаємоперетворення  акустичної  та  теплової

енергій. 

В  результаті  дії  термоакустичного  ефекту  на  краях  стеку  утворюється

різниця температур T  =  TH  –  TC  (рис. 2), яка може сягати сотень градусів та

використовується  в  ТА  теплових  насосах  для  підвищення  теплового

потенціалу ВЕР. Головною особливістю ТАП є їх термодинамічна зворотність,

яка дозволяє ТА двигунам здійснювати генерацію  звукових хвиль за рахунок

8

підведеної  до  стека  різниці  температур

T

,  так  кращі  світові  зразки

низькотемпературних  ТАД  можуть  працювати  від