A termoakusztika a fizika egyik kevéssé ismert ága. Feladata a hő hatására létrejövő hanghatás vizsgálata. A jelenségek nagyon fontos szerepet játszanak a rakétahajtóművek, és a gázturbinák üzemeltetése közben fellépő zavaró hatások kiküszöbölésében. A rakétahajtóművekben üzemeltetése közben keletkező vibráció, és a fokozott hőátadás rontja a hajtómű működésének hatásfokát, és csökkenti a berendezések élettartamát.
A termoakusztika kialakulása
A Rijke-cső egy mindkét végén nyitott cső (lehet üveg, vagy fémcső is), melynek belsejébe egy hőforrást helyezkedik el. A hőt biztosíthatjuk gáz, vagy elektromos fűtés segítségével is. A cső belsejében az alsó végétől körülbelül egynegyedére egy fémhálót kell elhelyezni. A hőforrás hatására ez a fémháló felmelegszik. Ha a cső függőleges helyzetben van, és a hőforrás a cső alsó végénél található, akkor a cső erős hangot bocsát ki. A jelenséget Higgins fedezte fel 1802-ben, majd Rijke 1859-ben arra is rájött, hogyan lehet ezt a hanghatást fenntartani, ezért Rijke hanghatásnak nevezik ezt a jelenséget, mely során a hő hatására hanghullám alakul ki az eszközben.
A jelenség káros hatása
A cső, felfedezőjének kezében még csak egy cirkuszi mutatványhoz való kelléknek számított; a sugárhajtású repülőgépek és a rakéták megjelenésével azonban változott a helyzet. A hajtóművekben, és a gáztubinákban az égés során nagyon nagy teljesítménysűrűség. Ennek az energiának már egy kis része is elegendő ahhoz, hogy a hajtómű belsejében hanghatást keltsen és tartson fenn, - ez szintén termoakusztikus jelenség. Ez az úgynevezett akusztikus hullám nagyon erőteljes, és akár a hajtómű károsodásához is vezethet. A cső néhány évtizeddel ezelőtt újra a figyelem középpontjába került , mert egyszerűen és meglepően jól modellezhető vele a sugárhajtású motorok és a rakéták hajtóműveinek működése.
A jelenség magyarázata
Az első magyarázat Rijkétől származott: a magas hőmérsékletű háló hőt ad át a közelében elhelyezkedő levegőnek, amely így kitágul, sűrűsége csökken, és felemelkedik, így kialakul egy fölfelé irányuló légáramlat. A felemelkedő levegő érintkezve a cső felső részének hidegebb falával, lehűl, összehúzódik, sűrűsége növekszik. Így a csőben kialakul egy olyan levegőoszlop, amelyben nyomáskülönbség van.
Ekkor akusztikus állóhullámok alakulhatnak ki a mindkét végén nyitott csőben. A gáz a csőben váltakozva összenyomódik és kitágul, azaz a gázrészecskék a csőben rezgőmozgást végeznek.
Valamilyen energiaforrás segítségével viszonylag könnyen kelthetők álló hanghullámok a csőben. A legegyszerűbb módja ennek az, ha gázlánggal melegítjük a cső alját.
Ha a melegítés megszűnik, akkor a keltett hanghullám amplitúdója csökken, mivel a csőben lévő levegő súrlódik a cső falával, így veszítve energiát. Természetesen a cső felső nyílásán át távozó meleg levegő is jelentős energiaveszteséget okoz. Látható tehát, hogy nem csak az állóhullámok keltéséhez, hanem azok fenntartásához is szükséges az energia folyamatos pótlása.
Energia előállítása termoakusztika segítségével?
A termoakusztika alkalmazása az energiatermelésben egészen újkeletű. A kutatók és mérnökök azon dolgoznak, hogy a hanghullámok tulajdonságait tanulmányozva, felhasználva közvetlen hő- elektromos energia átalakítást érhessenek el. Az intenzív kutatások eredményeként már üzemelnek azok a fűtő-hűtő-áramfejlesztő eszközök, amelyek kiválthatják a kondenzációs hűtőgépeket, a napelemeket. A SCORE fantázianevű berendezés szinte bármilyen fűtőanyaggal üzemeltethető. A biomassza elégetésével keletkező hőből hang keletkezik, és a hangból elektromos energiát állítanak elő.
További érdekes oldalak:
- TERMOAKUSZTIKAI ÉRDEKESSÉGEK
- Termoakusztikus projektfeladat Rijke-cső vizsgálatára
- Stove for Cooking, Refrigeration and Electricity
- Termoakusztikus Rijke-cső házilag
Zsigó Zsolt cikke
