مطالعه ی عددی پدیده ی جویبار در لوله ی حائل صوتی حرارتی

S t r e a m i n g a p p e a r s i n a l m o s t a l l t r a v e l i n g w a v e t h e r m o a c o u s t i c e n g i n e s a n d r e f r i g e r a t o r s. T h i s p h e n o m e n o n m a y i n c r e a s e o r d e c r e a s e t h e e f f i c i e n c y o f t h e r m o a c o u s t i c d e v i c e s. I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d t h a t p r o p e r l y d e s i g n e d s t r e a m i n g m a y a l s o b e u s e d t o e l i m i n a t e t h e r e q u i r e d h e a t e x c h a n g e r i n t h e a b o v e m e n t i o n e d d e v i c e s. H o w e v e r, i n m o s t c a s e s, d u e t o t h e l a c k o f t h e r e l e v a n t k n o w l e d g e, t h i s p h e n o m e n o n i s c o n s i d e r e d a s a n o n-p r e f e r r e d o c c u r r e n c e a n d a s o u r c e o f s e c o n d a r y l o s s e s. T h e r m a l b u f f e r t u b e s e p a r a t e s t h e h o t a n d a m b i e n t h e a t e x c h a n g e r s i n t r a v e l l i n g-w a v e t h e r m o a c o u s t i c e n g i n e s a s w e l l a s t h e c o l d a n d a m b i e n t h e a t e x c h a n g e r i n p u l s e-t u b e r e f r i g e r a t o r s. T h e r o l e o f t h e t h e r m a l b u f f e r t u b e i s t o p a s s t h e a c o u s t i c e n e r g y w h i l e m i n i m i z i n g t h e h e a t t r a n s p o r t d u e t o t h e b o u n d a r y-l a y e r e n t r o p y f l o w, h e a t c o n d u c t i o n t h r o u g h t h e g a s a n d t h e t u b e w a l l s, r a d i a t i o n, a n d m a s s s t r e a m i n g. T h e l a t t e r i s c a u s e d b y f i n i t e-a m p l i t u d e a c o u s t i c o s c i l l a t i o n s a n d c a n t r a n s p o r t s i g n i f i c a n t a m o u n t o f h e a t b e t w e e n h e a t e x c h a n g e r s. T h e h e a t t r a n s p o r t d e p e n d s o n t e m p e r a t u r e s a t t h e e n d s o f t h e t h e r m a l b u f f e r t u b e. A c o u s t i c m o t i o n o f g a s p a r c e l s b e t w e e n n e a r l y i s o t h e r m a l e n v i r o n m e n t i n t h e h e a t e x c h a n g e r a n d n e a r l y a d i a b a t i c s p a c e i n t h e t u b e l e a d s t o e f f e c t i v e t e m p e r a t u r e j u m p s a t t h e t u b e b o u n d a r i e s.T h e m a i n g o a l o f t h i s p a p e r i s t o n u m e r i c a l l y i n v e s t i g a t e t h e p e r i o d i c f i e l d i n t h e r m a l b u f f e r t u b e s w i t h a x i s y m m e t r i c g e o m e t r y o f t h e r m o a c o u s t i c S t i r l i n g h e a t e n g i n e s. T h e e f f e c t s o f v a r i a b l e g e o m e t r y (t a p e r e d a n d u n i f o r m c r o s s-s e c t i o n t u b e) a n d t u r b u l e n c e o n t h e s t r e a m i n g i n t e n s i t y i n v i s c o u s c o m p r e s s i b l e o s c i l l a t i n g f l o w i s s t u d i e d. F i r s t, o n e-d i m e n s i o n a l w a v e e q u a t i o n b a s e d o n R o t t's a s s u m p t i o n s i n t h e r m a l b u f f e r t u b e i s s o l v e d b y u s i n g D e l t a E C s o f t w a r e. T h e, h e r e b y d e t e r m i n e d b o u n d a r y a n d i n i t i a l c o n d i t i o n s a r e e m p l o y e d t o i n v e s t i g a t e t h e p r o c e s s e s b y a c o m m e r c i a l n u m e r i c a l s o l v e r. T h e s i m u l a t i o n i s c a r r i e d o u t f o r s t r a i g h t a n d t a p e r e d a x i s y m m e t r i c t u b e w i t h a p r e s s u r e-b a s e d P I S O s o l v e r. T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t o n e m a y c o n t r o l t h e s t r e a m i n g e f f e c t b y c h a n g i n g t h e d u c t g e o m e t r y. B e s i d e s, i t's s h o w e d t h a t t u r b u l e n c e a n d g r a v i t y h a v e a n e f f e c t i v e r o l l i n r e d u c i n g s e c o n d a r y f l o w.

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