Oznaczając znaczący postęp w systemach energetycznych o małych i mikro-skalach, naukowcy prowadzeni przez profesora Guoyao Yu z chińskiej Akademii Nauk opracowali nowatorski hybrydowy termoakustyczny generator elektryczny (HTAEG) zawierający post postawioną sprężynę gazową. Ta innowacja obiecuje ultra wysoką moc wyjściową i niezwykłą wydajność, szczególnie dostosowane do zastosowań energetycznych kosmicznych. Przełom, osiągnięty we współpracy z dr Yanyanem Chenem, panem Yuanhangiem Chen, dr Jing Luo, dr Yanlei Sun, profesor Ercang Luo z Chinese of Sciences i dr Shunmin Zhu z Uniwersytetu Durham, wyznacza największy kamień milowy w technologii termoakustycznej. Ich ustalenia zostały opublikowane w recenzowanym czasopiśmie Cell Reports Reports Physical Science.
Zespół profesora Yu zaproponował i przetestował hybrydowy termoakustyczny generator elektryczny z sprężyną gazową umieszczoną po przemieszczaniu. To strategiczne pozycjonowanie miało kluczowe znaczenie dla przezwyciężenia ograniczeń konwencjonalnych projektów, które zazwyczaj walczą o utrzymanie wysokiego poziomu mocy i wydajności jednocześnie. Nowa konstrukcja osiągnęła wyjątkową energię elektryczną i wysoką wydajność, wykazując potencjał znacznej wydajności energii.
Termoakustyczne generatory elektryczne (TAEG) przekształcają energię cieplną na energię akustyczną, która jest następnie przekształcana w energię elektryczną. Wersja hybrydowa, która obejmuje masy stałej, aby dostroić wewnętrzne pole akustyczne, oferuje doskonałą gęstość mocy i wydajność termiczną do elektryczną. Jednak skalowanie do wyższych poziomów mocy było ogromnym wyzwaniem z powodu ograniczeń w mechanizmach siły sprężynowej.
Nowe podejście polegające na wykorzystaniu post-pozycyjnej sprężyny gazowej skutecznie rozwiązuje te wyzwania. W przeciwieństwie do tradycyjnych sprężyn płaskich, sprężyny gazowe zapewniają wyższy poziom sztywności, kluczowe dla podtrzymania zwiększonej masy i wielkości przemieszczenia w HTAEG o dużej pojemności. Ponadto projekt ten minimalizuje utratę objętości martwej i przepływu, zwiększając ogólną wydajność systemu.
Profesor Yu wyjaśnił znaczenie tej innowacji: „Projekt pozycji gazu-sprężyny znacznie zmniejsza złożoność strukturalną i utratę tarcia przepływu w przestrzeni kompresji, co prowadzi do wyższej wydajności i mocy wyjściowej. Ten projekt ma ogromny potencjał dla różnych zastosowań, szczególnie w systemach energii kosmicznej, w których niezawodność i wydajność są najważniejsze. ”
Oceny eksperymentalne potwierdziły wyjątkową wydajność prototypu. Prototyp osiągnął maksymalną moc wyjściową elektryczną i wysoką wydajność przy różnych mocach ogrzewania wejściowego, wykazując wszechstronność i odporność projektu.
Wyniki te stanowią najwyższy zgłoszony poziom mocy dla jednotłocznego HTAEG i wskazują na znaczący potencjał przyszłych osiągnięć. Naukowcy planują dalej zbadać cechy operacyjne tego projektu, w tym możliwość opracowania systemu przeciwnego z dwoma takimi HTAEG w celu złagodzenia drgań systemowych.
Innowacyjne podejście profesora Yu i współpracowników nie tylko rozwija dziedzinę technologii termoakustycznej, ale także otwiera nowe możliwości zastosowania w kosmosie i innych wymagających środowiskach. W miarę wzrostu globalnego zapotrzebowania na wydajne i niezawodne rozwiązania energetyczne, przełom ten stanowi obiecujące rozwiązanie do zaspokojenia tych potrzeb.
Referencje dziennika
Chen, Yuanhang, Guoyao Yu, Yanyan Chen, Shunmin Zhu, Jing Luo, Yanlei Sun i Ercang Luo. „Sprężyna gazowa po pozycji umożliwia ultra wysoką moc wyjściową hybrydowych termoakustycznych generatorów elektrycznych”. Komórki raporty fizyczne, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101835
O autorach
Yuanhang Chen Uzyskał tytuł licencjata w Beijing Institute of Technology w 2020 r. Obecnie jest doktorem. Kandydat w Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences. Jego badania koncentrują się na systemach termoakustycznych i Stirling, zwłaszcza hybrydowego termoakustycznego generatora elektrycznego. Yuanhang Chen (chenyuanhang20@mails.ucas.ac.cn)
Guoyao yu Uzyskał tytuł licencjata na Uniwersytecie Zhejiang w 2003 roku i ukończył doktorat. Stopień w Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences w 2008 roku. Obecnie jest pełnym profesorem w Technical Institute of Physics and Chemistry. Jego badania koncentrują się przede wszystkim na systemach termoakustycznych i Stirling, obejmujących chłodzenie, a także wytwarzanie energii elektrycznej w oparciu o zaawansowane technologie termoakustyczne i Stirling. Guoyao yu (gyyu@mail.ipc.ac.cn)
Yanyan Chen Otrzymała tytuł licencjata na Xi’an Jiaotong University w 2003 roku i doktorat. Stopień z Instytutu Fizyki i Chemii Technicznej, chińskiej Akademii Nauk w 2008 roku. Specjalizuje się w złożonej analizie płynu i przenoszenia ciepła, projektowaniu inżynierii oraz zastosowaniach, takich jak termoakustyczne silniki cieplne, turbiny dwukierunkowe napędzane termoakustetyką, technologii prądu o wysokiej prędkości prądu o wysokiej mocy. Yanyan Chen (yychen@mail.ipc.ac.cn)
Dr Shunmin Zhu jest pracownikiem Marie Curie na Wydziale Inżynierii, Durham University. Jest także członkiem Durham Energy Institute. Dr Zhu otrzymał doktorat Stopień z Instytutu Fizyki i Chemii Technicznej, chińskiej Akademii Nauk w 2020 r. Jego zainteresowania badawcze obejmują wewnętrzne/zewnętrzne silniki spalania i zewnętrznego stawu zewnętrznego i stawu wolnego tłokowego, technologie wytwarzania energii termoakustycznej oraz hybrydowe systemy energii odnawialnej. Shunmin Zhu (shunmin.zhu@durham.ac.uk)
