Ждем Ваших вопросов и предложений Междисциплинарная информационно-консультационная система по современным направлениям акустики
Термоакустика Версия для печати

Под термоакустикой обычно понимается раздел акустики, изучающий генерацию звука теплом. Описанию способов возбуждения звука с помощью тепла посвящено несколько страниц книги Рэлея "Теория звука" (ГТТИ, 1944, т.2, с.221- 228), первое издание которой вышло в 1877 году. Сам Рэлей ссылается на работы Фарадея, Зеебека, Тиндаля и других, выполненные в первой половине 19 века. В те времена эти эффекты представляли чисто научный интерес и были лишь изящными, достаточно сложными примерами неустойчивости.

Впоследствие, уже в 50-х годах нашего века, изучение термоакустических колебаний приобрело практическую направленность в связи с неустойчивостями в камерах сгорания ракетных двигателей, других установках с большими перепадами температур. Совершенно новое и, на первый взгляд, неожиданное направление, появилось благодаря работам Ротта в 70-х годах. Проводя последовательный теоретический анализ возникновения колебаний в неоднородно нагретой трубе, он обратил внимание на обратимость явления звукообразования. Обратимость заключается в следующем. Если создать достаточно большой перепад температур вдоль оси трубы, то в трубе может возбудится звук. Оказалось, что возможно обратное явление - звуковое поле в трубе может создать однонаправленный поток тепла и перепад температуры. Это обратное явление не связано с нагреванием из-за перехода механической (акустической) энергии в тепло. Звук выполняет роль теплового насоса, перекачивающего тепло, или поддерживающего перепад температуры.

В начале 80-х в лаборатории Лос-Аламоса было запатентовано и создано соответствующее устройство - акустический тепловой насос. В настоящее время разработкой акустических холодильников заняты десятки исследовательских групп (в основном - в Америке). Диапазон исследований весьма широк - от изучения элементарных процессов теплообмена в звуковом поле в узких зазорах, до конструирования специальных устройств и бытового холодильника. Наиболее привлекательной для практического применения чертой акустических холодильников является замкнутость цикла и неиспользование легкокипящих жидкостей, возможно опасных для озонового слоя Земли. Одна из модификаций акустического насоса - так называемая импульсная труба - является наиболее перспективным устройством для охлаждения электронных приборов, использующих высокотемпературную сверхпроводимость.

В настоящее время исследования по термоакустике, изучающей взаимные преобразования тепловых и звуковых потоков, фактически объединены в специальный раздел акустики. Научные статьи, появляющиеся только в одном журнале - JASA - исчисляются десятками в год. Проводятся специальные школы, симпозиумы, разработаны учебные программы. В России работы по термоакустике проводятся в небольшом объеме только в Акустическом институте. Разработан и изготовлен небольшой тепловой насос, проводятся теоретические исследования, направленные на создание акустического поля оптимальной структуры, обнаружена связь между термоакустическими процессами и процессами переноса тепла в другом устройстве - так называемой трубе Ранка-Хилша.