مقاله کاربردهای گرماصوتیات و روند آتی آن

بخشی از مقاله

چکیده

در این نوشتار به بررسی حوزه های کاربردی علم گرماصوتیات پرداخته شده است. موضوع گرماصوتیات در بردارنده مقولات متنوعی می باشد. برخی از این مقولات عبارتند از: صوتیات کاربردی، صوتیات تشخیصی، تراگذارها، نوفه، الغاء نوفه و صوتیات نظری. در هر مقوله، کاربردهایی در حوزه های گوناگون نظیر صنعتی، پزشکی ، تجاری و راهبردی وجود دارند. تمامی این کاربردها بر اساس مقوله بندی حاضر در دسته های مشخصی قرار می گیرند. در کشورهای توسعه دهنده این علم همچنان حوزه های کاربردی نوظهوری در حال بررسی و معرفی می باشند. مطالب جمع آوری شده حاصل بررسی موضوع گرماصوتیات در اهم کشورهای جهان میباشد.

.1 مقدمه

در مقاله حاضر سعی شده تا تمامی حوزه های گرماصوتی موجود در شش مقوله تفکیک شوند. هر یک از این مقولات مشتمل بر کاربردهایی می باشند که در جدول فهرست آن ها آورده شده است. برخی از حوزه های گرماصوتی از قبیل حوزه موتور و سرمایش با توجه به سابقه بیش تر به بلوغ کافی رسیده اند و محصولات آن ها روانه بازارهای مصرفی شده اند. اما برخی دیگر مانند روش های تشخیصی گرماصوتی، تراگذارها از آنجا که نوظهور می باشند، هم چنان در مراحل تحقیقات اولیه و نمونه های آزمایشی میباشند.

جدول 1 دستهبندی مقولات و کاربردهای گرماصوتی.

.2 صوتیات کاربردی

در این مقوله عموم کاربردهای صوتی و یا بهره گیری از صوتیات جهت مسائل کاربردی - غیر نظری - جای میگیرند. دستههای سردسازی1، موتور گرماصوتی، مایع سازی گاز طبیعی، جداسازی مخلوط گازی به روش گرماصوتی2 و ارتباط گرماصوتی - تیاِیسی - 3 در دسته صوتیات کاربردی قرار میگیرند.

.1-2 سردسازی گرماصوتی

سردسازی در گرماصوتیات به دسته ای اختصاص دارد که طی آن، انرژی گرمایی با استفاده از کار صوتی از منبع سرد4 به منبع داغ5 منتقل می شود. با توجه به این تعریف جامع برای سردسازی گرماصوتی، کاربردهایی که در این حوزه شناسایی شدهاند عبارتند از: مایع سازی6 گازها، یخچال های گرماصوتی با منبع انرژی های نو - یخچال خورشیدی - ، خنک سازیاَبَررساناها7 و نیمهرساناها، خنککاری تجهیزات الکترونیکی و حسگرهای فروسرخ، یخچالهای8 تجاری، تهویه مطبوع خودرو.

.1-1-2 مایعسازی گازها

گاز طبیعی به عنوان یکی از منابع ارزشمند در حوزه سوخت و پالایشگاه به حساب می آید که مایع سازی و ذخیره آن امری ضروری می باشد. چنانچه گاز طبیعی در فشارجوّ تا دمایی در حدود -160 درجه سلسیوس سرد شود، به مایع تبدیل میشود. سامانه های زم خنک ساز9 گرماصوتی به منظور ایجاد توان خنکسازی - خُنکش - 10 برای این دما مناسب میباشند. مایعسازی گاز به روش گرماصوتی یکی از روش های قابل توجه و نوین در صنعت مایع سازی به حساب می آید. در این روش با سوزاندن بخشی از گاز، انرژی لازم برای مایعسازی مابقی آن تأمین میشود.

از مایع سازی گازها علاوه بر تولید گاز مایع، برای تهیه سوخت مایع در مصارف خانگی، صنعتی و فضایی در حوزههای دیگر نیز استفاده می گردد. تولید اکسیژن مایع برای سوخت فضاپیماها، استفاده از اکسیژن مایع در حوزه ی پزشکی و هم چنین مایعسازی نیتروژن در دستگاه آزمون تونل باد پرندههایابَرآوایی1، از نمونه کاربردهای دیگر مایع سازی گاز میباشند

زمجراحی2 یازَم درمان3 نیز نوع دیگری از کاربردهای مایعسازی است. این شیوه نوعی از جراحی میباشد که در آن از سرمای شدید برای از بین بردن بافت های غیرعادی نظیر غده ها استفاده می شود. در این نوع جراحی از نیتروژن مایع برای ایجاد دماهای خیلی پایین استفاده می شود. زمانی که نیتروژن مایع دارای دمایی بین -210 تا -195 درجه سلسیوس باشد، به طور ناگهانی هر چه در تماس با آن باشد یخ میزند. تأمین نیتروژن مایع مورد نیاز برای این نوع از جراحیها با به کارگیری سامانههای زمخنکساز گرماصوتی به خوبی امکانپذیر است.

.2-1-2 یخچال خورشیدی

یکی دیگر از کاربردهای سردسازی یخچال های خورشیدی هستند که با استفاده از گرمای متمرکز شده خورشید با استفاده از پدیده گرماصوتی به خنک سازی می پردازند. در دانشگاه تحصیلات تکمیلی نیروی دریایی آمریکا یک یخچال گرماصوتی موسوم به تادتار4 که با یک موتور گرماصوتی جفت شده5 است، ساخته شد. منبع انرژی برای موتور گرماصوتی در این نمونه ی کاربردی، گرمای خورشید می باشد .[2] هدف این خنکسازی رسیدن به دمای صفر درجه سلسیوس با توان خُنکش بین 5 تا 10 وات اعلام شده است. پس از انجام آزمایش ها و استخراج نتایج، مشخص شد که این یخچال متصل به موتور قابلیت خنکسازی با توان 2/5 وات در دمای 4/5 درجه سلسیوس را دارد

.3-1-2یخچال تجاری

یک نمونه یخچال گرماصوتی با کاربرد تجاری در دانشگاه پنسیلوانیا به منظور استفاده در محفظه نگه داری بستنی طراحی شده است؛ این یخچال نسبت به دیگر سامانههای گرماصوتی با محرک برقی، از بازده بیشتری برخوردار است .[3] ظرفیت خنکسازی این دستگاه در دمای -24/6 درجه سلسیوس، با حجم 200 لیتر، 120 وات میباشد

.4-1-2تهویه مطبوع و خنکسازی گرماصوتی در خودرو

سامانه خنک سازی گرماصوتی در خودرو6 بر اساس ترکیب یک موتور گرماصوتی و یک یخچال گرماصوتی شکل می گیرد. گاز داغ خروجی از مجرای موتور وسیله نقلیه - خودرو - ، منبع انرژی موتور گرماصوتی برای تأمین توان راهاندازی آن میباشد. از این انرژی تلف شده در خودرو به منظور تولید توان صدا و راه اندازی یخچال گرماصوتی استفاده میشود. صدای تولید شده به عنوان محرک ورودی یخچال یک اختلاف دما ایجاد کرده و با استفاده از دیگر تجهیزات مربوطه، عمل تهویه ی مطبوع در خودرو انجام میشود

5-1-2اَبررساناها.

به دلیل کاهش خاصیت اَبررسانایی با افزایش دما، مشکل اصلی در دستگاههای دارای اَبررسانا، خنکسازی آن ها می باشد. بدین منظور از حمام هلیوم مایع برای خنک سازی استفاده می شود. از آنجا که هلیوم در دمای 4/2 کلوین مایع میشود، لذا نیاز به زم خنک سازهایی نظیر تپ لوله ای دارد که بتوانند هلیوم را سرد نموده و در حالت مایع نگهدارند. در برخی دستگاههای پزشکی نظیراِم آر آی7 میدان مغناطیسیپُرقدرتی توسط آهنرباهای اَبررسانای بزرگ و قوی ایجاد میگردد