图 1.-具有行波的4速热声发动机的外观在先前的文章中，我写了关于如何构建不带活塞的斯特林发动机的方法，即如何构建具有行波的环形波热声发动机
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3文章 。
图 2.-引擎图发动机由4个绝对相同的块组成。 每个块由一个热交换器组成，该热交换器由一个热热交换器，一个冷热交换器和一个位于它们之间的蓄热器组成。 热交换器有时称为发动机核心。 壳体中的整个热交换器称为发动机级。
当发动机运转时，整个环形壳体内部会出现非常高强度的声波。 内部压力波动，振动速度和声功率的典型分布是什么？ 为了找出答案，我使用了由Los Alamos国家实验室（即与原子弹位于同一地点）开发的名为DeltaEC的特殊程序模拟了发动机中发生的过程。 接下来是负载发动机的图表。 也就是说，在这种情况下：
图 3.-发动机在负载下在发动机有负载的情况下，即使四个负载都位于热热交换器附近。
四个发动机缸体之一中的压力波动幅度分布图如下所示：
图 4.-沿其中一个模块的长度分布的压力波动幅度这里显示的是引擎的四分之一。 您可以看到该图形的长度约为1.5 m-这是一个块的长度。 事实证明，整个环形发动机壳体的长度约为6米。 在所有块中，所有参数都相同，因此只需考虑其中之一即可。
图中的热交换器在左侧，从水平轴上的零开始。 可以看出，在蓄热室中，由于粘度损失和部分波的反射，压力波动幅度减小。 然后是负载，压力进一步降低。 此外，由于谐振器中气体的振动速度降低，压力增加到谐振器中的初始值。
图 5.-体积流量的振荡幅度沿模块长度的分布在热声学中，通常在计算中不使用气体的振动速度，而是使用体积流量的波动，即振动速度乘以壳体的横截面积。 体积流量的波动与速度的波动成正比，而壳体的横截面积是恒定的。
在图。 图5显示在蓄热室中发生急剧增加，即体积流量波动幅度的突然增加（沿水平轴约为零）。 体积流量波动或气体速度波动的急剧增加（更方便）是声波放大的热声效应。 然后，体积流率稍微减小，穿过负载，然后最终减小到其原始值，穿过谐振器。 由于谐振器中体积流量波动的这种减小，导致谐振器中压力波动的增加，这在先前的图表的描述中已经提到。
这两个图在说什么？ 他们说，在整个发动机中，所谓的行波引擎，从来没有，也永远不会有纯粹的行波。 仅在热交换器区域内观察到该发动机中的行波。 也就是说，在蓄热区中，压力和气体速度波动之间的相位差约为零。 在发动机的所有其他部件中，波远未运行，而是行波和驻波的混合体。
在此还有趣的是，热声效应不会增加压力波动的幅度，而只会增加气体体积流量的波动幅度。
现在，让我们看看声波的功率如何变化。
图 6.-块长度上的波功率分布可以看出，在蓄热器中，由于热声效应，功率突然增加，然后当波传递到负载时功率损失很小，然后功率急剧下降，与负载处的能量损失有关，波的衰减在谐振器的其余部分继续到原始值。
现在，让我们考虑如何确定流程的效率。
一般来说，如何计算效率？ 有必要将有用功率除以消耗功率。 有了消耗的功率，在这里一切都清楚了-这就是输入热功率，即发动机的加热功率。 但是什么才是有用的声功率？
在图。 如图6所示，在再生器之后，声功率立即达到最大值，并达到82W。 在这里应该认为这种力量有用吗？ 不完全是 这里有用的声功率-这是再生器中声功率的增加，相对于此开始增加的46 W的值-可以称为参考电平。 更确切地说，即使在这里，我也称一个功率为46 W的波-一个参考波，因为正是发动机再生器将其放大。 然后，再生器中的这种功率增加已经部分地通过谐振器到达负载并部分耗散。 在设计发动机以实现最大系统效率时，您需要尝试使谐振器中消耗的功率远小于负载上消耗的功率，以使再生器中尽可能多的功率增益落在负载上，而不仅仅是消耗掉。
由上可知，发动机的声学效率将始终大于带有负载的整个系统的效率，因为负载上耗散的功率是再生器功率增加的一部分。
那么，如何将声音的能量转化为电能呢？使用具有发电功能的斯特林发动机，一切都变得清晰。 如果有曲轴，则可以在其上安装旋转发电机。 如果斯特林发动机共振，则可以将磁体连接到工作活塞上，然后将其放置在线性发电机的定子中。 但是，对于热声发动机该怎么办？ 在没有曲轴或活塞的发动机中如何获得电力？ 如何将高强度声能转换为电能？ 迄今为止，已经设计出两种方法来执行此操作。
第一种方法是使用线性转换器。
这是我在频道上尝试线性转换器的视频：
图 7.-低音扬声器普通扬声器是线性换能器的一个例子。 通常，在操作过程中，它会将通过输入提供给它的电能转换为声音，即声能。 但是它可以很好地在相反的方向上工作，并将声振动转化为电能。 普通扬声器的设计没有像热声设备那样具有极高的声音强度（160-180 dB。），因此，它们具有的能量损耗大，与振动系统的品质因数低有关，由于其刚性不足而导致的波膜吸收系数大，并且还不足膜的自由运动不允许使用所有可用的功率。 因此，他们制造了特殊的扬声器-线性交流发电机，根据工作原理，该扬声器与扬声器没有什么不同，但要么具有适合高声音强度的膜，要么通常用活塞代替该膜。
图 8.-Q驱动线性交流发电机使用这种转换器将声能转换为电能的效率可以达到80％。
第二种转换
方法是使用双向涡轮发电机。
在大多数人的日常生活中发现的声音，例如言语，过往汽车的声音，狗的吠叫，按照热声学的标准，其强度较低。 口语语音声波中气体从平衡位置的位移只有几分之一毫米，因此通常没有人将声波视为风，它每秒每秒改变其方向数千次，即以等于波频率的频率改变方向。 在热声学中，当振荡强度达到180分贝时，声音甚至不再变成风，它以很大的频率改变方向，而是以最高速度达到100 km / h的飓风。 因此，可以使用涡轮将这种声能转换为电能。 在此视频中，我就该主题进行了有趣的实验，以直观方式显示了高强度声波的外观。
立即清楚地知道，用于热声的涡轮转子的旋转方向不应取决于涡轮入口和出口的流动方向，否则流动会在半个振荡周期内使转子加速并减慢该周期的后半段。 双向涡轮有两种类型，其旋转方向不取决于流动方向。 这是威尔士涡轮机，其转子叶片是位于进气流中的空气动力学轮廓。
图 9.-威尔士涡轮叶片空气动力学轮廓使大量的进气沿相同方向偏转，而不管进气的运动方向如何。 在图2中，空气脉冲一直都在偏离。 右边的9表示根据牛顿定律，作用在肩acting骨上的力应指向左侧。 在这种情况下，牛顿定律可以正常工作，如果将这些叶片固定在圆的圆周上，然后将圆固定在轴上，则轴将开始旋转。
图 10.–威尔士涡轮机图您可以改进设计并添加导向叶片，这将增加效果。
第二种双向涡轮是所谓的脉冲涡轮。 该视频显示了这种涡轮机的工作方式：
图 11.–双向脉冲涡轮机示意图由于转子叶片的形状更完美，因此脉冲式涡轮比威尔士式涡轮更有效地运行。
实验部分在我的发动机上进行发电的第一个实验中，我选择了最简单，最无效的方法-使用普通的低音扬声器。
图 12.-扬声器的线性转换器在此视频中，我谈论了如何创建并尝试配置最终的线性发电机：
我通过在3D打印机上打印的适配器将扬声器连接到引擎谐振器。
图 13.-扬声器连接从冷热交换器的侧面连接到谐振器，以免高温熔化塑料适配器并且不损坏扬声器本身。 之前，我测量了发动机的声功率。 功率约为10瓦。 自然地，仅该功率的一部分可以被转换成电。 记住图6-声功率的分布，作为线性交流发电机，我选择了YDN-78-1扬声器，其最大功率比发动机的声功率小2倍，即5瓦。
使用线性交流发电机时，最困难的事情是建立一个由扬声器和适配器组成的系统，以实现发动机本身的共振频率。 困难在于，发动机振动的频率在热热交换器的不同加热温度下（即在不同的热量输入水平下）会变化。 所有这些都是因为您带来的热能越多，内部气体的平均温度就越高，并且随着气体温度的升高，气体中的声速也会增加，振荡频率也会相应增加。 同时，通过Aster热声学技术进行的测量表明，线性转换器的输出功率在很大程度上取决于其谐振频率与电机谐振频率的一致性。
图 14.相对输出功率对电动机谐振频率的依赖性用我的发动机进行的实验表明，将热热交换器的温度从120摄氏度提高到220摄氏度，振荡频率从61 Hz增加到64 Hz，即变化3 Hz。 在图。 14-在Aster Thermalacoustics图表上，电动机频率标记在水平轴上，线性转换器的输出功率除以沿垂直轴在整个频率范围内的最大转换器功率（这是图表上的最大值等于1）。 在图。 从图14中可以看出，当电动机的谐振频率与转换器的谐振频率偏离5 Hz时，输出功率将减小2倍。 这意味着带有线性交流发电机的热声发生器只能在一定水平的热量输入下有效运行。 如果偏离此最佳点，输出特性将急剧下降。
因此，我的引擎的共振频率为61-63 Hz。 我没有找到具有如此低谐振频率的扬声器（对于如此小的功率，它们可能根本不存在）。 我的扬声器的共振频率最初为147 Hz。 我如何测量？
图 15.-确定扬声器共振频率的方案我使用了1967年第4期《无线电》杂志上的图表，第45页。 这是一种自振荡电路，其中没有电感或电容，因此，按照设想，这种电路的振荡频率由机械振荡系统的振荡频率-扬声器的振动膜确定。
然后，我通过在膜片上贴橡皮泥将扬声器频率降低到61 Hz。 这增加了膜片的质量，从而降低了频率。
之后，我将调好的扬声器插入橙色适配器。 令我惊讶的是，我发现振荡频率为187 Hz，而不是预期的63倍，而不是63 Hz的振荡频率。 三次谐波很兴奋。 三种波长开始适合发动机外壳，而不是一种。 实际上，发动机中始终存在非基本谐波，只是通常，热声设备以一次谐波（即以基频）工作，而其他谐波的贡献可忽略不计。 在扬声器的实验中，我对三次谐波激励的效果感到非常惊讶，然后我开始思考它是如何发生的。 我得出的结论是，之所以会产生这种效果，是因为扬声器是通过适配器内置在发动机的谐振器中的，因此有必要不单独考虑扬声器的谐振频率，而是将扬声器与适配器一起考虑。 适配器大大提高了整个韧带的共振频率。 因此，为了实现以63Hz的基频工作，有必要进一步降低扬声器的共振频率。
图 16.-扬声器的振膜上缠满了螺母。 （现代艺术的对象）确实如预期那样有效。 可以更改发动机工作模式以与主频率一起工作。 甚至有非常有趣的瞬变，当一定质量的膜片附着在发动机上时，发动机要么以主频率工作，然后随着热热交换器的冷却，它开始以三倍频率工作。 有趣的是，发动机无法以两倍的频率运转。 要么在主要上，要么在三重上。 显然，双倍频率的波参数不适合维持该设备的运行。
当使用扬声器和具有大气压的空气的发动机作为工作流体时，能量转换效率被认为是微不足道的。
为了使卡诺循环的效率达到20％到40％，有必要增加发动机的压力，用氦气或氩气代替工作气体，并使用常规扬声器以外的其他发电方法。