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THermoAcoustic Technology for Energy Applications

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Schallwellen in "Hitzewellen" umwandeln

Erneuerbare Energien haben viele Formen. Wissenschaftler entwickeln Technologien, um mithilfe von Schall, Wärme, Kühlung und Strom zu erzeugen.

Energie

In der Thermoakustik wird Wärme in Schall und umgekehrt umgewandelt. Thermoakustische Wärmepumpen nutzen den Schall, um Wärme durch Ausnutzung einer festen Grenze zu pumpen. Die thermoakustische Energieumwandlung kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, etwa Heizen, Kühlen oder Strom in industriellen Umgebungen oder in Privathaushalten. Obwohl das Prinzip komplex ist, ist die Umsetzung relativ einfach. Ein thermoakustisches System besteht typischerweise aus einem Motor und einer Wärmepumpe, die an einen Resonator angeschlossen ist. Der Motor produziert akustische Leistung aus Wärme. Die Wärmepumpe nutzt dann diese Kraft, um Wärme zu pumpen. Es sind keine beweglichen Teile erforderlich und das verwendete Material ist umweltfreundlich. Das EU-finanzierte Projekt "Thermoacoustic technology for energy applications" (Thatea) evaluiert thermoakustische Umwandlungsprozesse, um die vielversprechendsten Systeme zu identifizieren. Thatea ist die erste europäische Initiative, die der EU zu einer Führungsrolle in dieser neuen Technologie verhelfen will. Forscher setzten die Arbeit zum Verständnis der grundlegenden Prozesse und insbesondere zur Wärmeübertragung unter oszillierenden Strömungsverhältnissen fort. Versuchsanalysen führten zu der Definition von Entwurfsregeln für thermoakustische Wärmetauscher. Wissenschaftler prüften auch das Konzept eines mechanischen Resonators, der ein doppeltes Masse-Feder-System verwendet, um den akustischen zu ersetzen. Es wurde festgestellt, dass die Ausrichtung des Zylinders im Kolben ein kritischer Parameter und ein Thema für weitere Untersuchungen ist. Theoretische und experimentelle Untersuchungen der nichtlinearen Effekte, die die Leistung von thermo-Systemen (z.B. Streaming) mindern, wurden durchgeführt und dies führte zu Verbesserungen an einem rechnergestützten Fluiddynamikmodell (CFD) der oszillierenden Strömung. Die Arbeit betonte auch die Notwendigkeit für weitere Forschungen, um solche nicht-linearen Phänomene angemessen zu verstehen, zu beschreiben und zu verhindern. Wissenschaftler entwickelten zwei Thermo-Motoren (ein Hoch- und ein Niedrigtemperatur-Gerät) und zwei thermoakustische Wärmepumpvorrichtungen (einen Kühlschrank und eine Wärmepumpe). Beide Vorrichtungen demonstrierten die angezielten Wirkungsgrade. Die Wärmepumpen demonstrierten viel höhere Wirkungsgrade als jede zuvor gemessene thermoakustische Wärmepumpe. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Effizienz zu verbessern. Angesichts der Flexibilität der thermoakustischen Systeme und ihres breites Anwendungspotenzials, werden erhebliche Kostensenkungen durch große Produktionsmengen erwartet. Thatea entwickelt die Technologie weiter, die benötigt wird, um der EU eine führende Position auf diesem wichtigen aufstrebenden Markt zu verschaffen.

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