The most attractive application of fluid-based thermoacoustic (TA) energy conversion involves traveling wave devices due to their low onset temperature ratios and high growth rates. Recently, theoretical and numerical studies have shown that thermoacoustic effects can exist also in solids. However, these initial studies only focus on standing waves. This paper presents a numerical study investigating the existence of self-sustained thermoelastic oscillations associated with traveling wave modes in a looped solid rod under the effect of a localized thermal gradient. Configurations having different ratios of the rod radius $R$ to the thermal penetration depth $\delta_k$ were explored and the traveling wave component (TWC) was found to become dominant as $R$ approaches $\delta_k$. The growth-rate-to-frequency ratio of the traveling TA wave is found to be significantly larger than that of the standing wave counterpart for the same wavelength. The perturbation energy budgets are analytically formulated and closed, shedding light onto the energy conversion processes of solid-state thermoacoustic (SSTA) engines and highlighting differences with fluids. Efficiency is also quantified based on the thermoacoustic production and dissipation rates evaluated from the energy budgets.


翻译:热感应器(TA)能源转换的最有吸引力的应用是流动波级装置,原因是其低发温度比率和高增长率。最近,理论和数字研究显示,热声效应在固体中也可以存在。然而,这些初步研究只侧重于常波。本文介绍了一项数字研究,调查在局部热梯度影响下,流动波模式在环状固体棒中存在自我维持的热力振动振荡现象。探究了杆半径对热渗透深度的美元比率不同的情况,发现流动波成份(TWC)随着美元接近美元而变得占支配地位。旅行波的增长率对频率比率大大高于同一波长的常波对面。扰动能预算是分析性地制定和封闭的,对固态温度发动机(SSTA)的能源转换过程有光亮度,并强调与液体生产的差异。根据温度和温度预算对旅行效率进行了量化。

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