بررسی تحلیلی و عددی تاثیر مواد مختلف در ساخت استک سیستم ترمواکوستیک بر اختلاف دمای بین طرفین آن

در این پژوهش تاثیر مواد مختلف رایج در ساخت بخش استک یک سیستم سرمایش ترمواکوستیک، بر میدان دما بین طرفین آن مورد بررسی قرار می‌گیرد و اثر این مواد در انتقال حرارت روی این بخش محاسبه می‌گردد. تمرکز اصلی این پژوهش، بررسی تاثیر مواد مختلف بر میزان انحراف نتایج (اختلاف دمای طرفین استک) حاصل از روش عددی و روش تحلیلی تئوری ترمواکوستیک کلاسیک در مدل محاسباتی می‌باشد. روش عددی بکار رفته در این تحقیق یک روش عددی تفاضل محدود صریح می‌باشد که در قالب یک روش ساده ریاضی تعادل انرژی بر اساس نتایج حاصل از تئوری ترمواکوستیک کلاسیک ارائه می‌شود. شرایط مرزی و مفروضاتی نیز در جهت ساده‌تر شدن محاسبات صورت می‌گیرد. سیال کاری در این آزمایش گاز هلیوم و هندسه استک مشخص و ثابت است. شرایط عملیاتی در بازه اعداد ماخ (0.04  0.08  ) در نظر گرفته می‌شود. مشاهده می‌گردد در عدد ماخ 0.04، میزان انحراف بین نتایج عددی و تئوری خطی مواد میلار، پی‌وی‌سی صلب، پلی‌اتیلن و استیل ضدزنگ 304 به ترتیب 25%، 15%، 11% و 215% بوده و در عدد ماخ 0.04 ≤ ma ≤ 0.08، میزان انحراف به ترتیب به 34%، 24%، 13% و 490% می‌رسد که این افزایش اختلاف ناشی از غیرخطی شدن نوسانات دمایی در روی استک به‌واسطه افزایش عدد ماخ است. ماده میلار در انتقال حرارت بین طرفین صفحه استک مطابق تئوری خطی، عملکرد بهتری دارد و می‌توان در عدد ماخ 0.6 به اختلاف دمای k7.2 دست‌یافت. اختلاف بین نتایج روش‌های عددی و تئوری خطی برای استک پلی‌اتیلن  با 11% و 13% در ماخ‌های مختلف حکایت از همخوانی بهتر آن نسبت به سایر مواد آزمایش‌شده دارد. همچنین مشخص شد که  با استفاده از استیل ضدزنگ تنها می‌توان به اختلاف دمای   k0.5-0.3 دست‌یافت. به همین دلیل عملکرد مطلوبی در انتقال حرارت و نهایتاً اختلاف دما بین طرفین صفحه استک ندارد.

analytical and numerical investigation of the effect of different materials in the stack construction of the thermo acoustic system on the temperature difference between its extremities

in this research،the effect of different common materials in the stack of a thermoacoustic cooling system on the temperature field between the sides of the stack is investigated and the effect of these materials on heat transfer is calculated. the main focus is to investigate the effect of different materials on the amount of deviation of the results (temperature difference of the sides of the stack) obtained from the numerical and analytical method of the classical thermoacoustic theory in the computational model. the numerical method used in this research is an explicit finite difference numerical method،which is presented in the form of a simple mathematical method of energy balance based on the results of classical thermoacoustic theory. boundary conditions and assumptions are also considered to simplify calculations. operational conditions are considered in the range of mach numbers (0.04 ≤ ma ≤ 0.08). at mach number 0.04،the amount of deviation between numerical results and linear theory of mylar،rigid pvc،polyethylene and stainless steel materials was 25%،15%،11% and 215% respectively and at the mach number of 0.08،the amount of deviation reaches 34%،24%،13% and 490%،respectively،which is due to the non-linearity of the temperature fluctuations on the stack. mylar has a better performance in heat transfer between the sides of the stack according to the linear theory،and a temperature difference of 7.2k can be achieved at a mach number of 0.6. the difference between the results of numerical methods and linear theory for polyethylene stack with 11% and 13% in different mach indicates its better compatibility than other tested materials.it was also found that by using stainless steel only a temperature difference of 0.3-0.5 k can be achieved. for this reason،it does not have a good performance in heat transfer.