Na výzkumu zaměřeném na termoakustický motor pracují společně již několik let vědci Technické univerzity v Liberci, Akademie věd České republiky a National Taiwan University (NTU). Výzkum probíhá v rámci projektu GAČR.
Přímo na Taiwanu se bude tomuto výzkumu věnovat v příštích dvou letech doktorand Petr Novotný z katedry energetických zařízení Fakulty strojní TUL. Rozhodl se pro duální studium na NTU. To znamená, že jeho disertační práce a všechny výsledky výzkumu budou vlastnictvím liberecké i taiwanské univerzity. Do Taiwanu odlétá začátkem února.
„Jedná se o základní výzkum termoakustického jevu (TA), konkrétně TA motoru. Jak již samotný pojem termoakustický jev napovídá, jedná se o termodynamický děj, při kterém dochází k interakci tepla a zvuku. Obecně je zvuková vlna v tekutině považována za tlakové a rychlostní oscilace částic, ale přímou odezvou těchto tlakových změn (adiabaticky) je též změna teploty zasažené tekutiny. A právě když je akusticky oscilující tekutina v tepelné interakci s pevnou hranicí a koná-li se tepelný přenos mezi plynem a touto stěnou, může nastat právě jistý akustický jev,“ vysvětluje Petr Novotný princip zařízení, jehož jádro tvoří systém kanálků. Vědci při výzkumu využívají keramickou matrici katalyzátorů (čtvercové otvory o rozměru asi jednoho milimetru a délce desítky milimetrů).
Zařízení se podle Novotného může uplatnit při zužitkování odpadního tepla třeba ze spalovacího procesu v automobilu nebo v tepelných elektrárnách. Termoakustický motor vykonává práci ve formě akustického vlnění, které je mnohem intenzivnější než v běžné komunikaci. To lze využít například k přímé výrobě elektřiny při využití piezoelektrického jevu. „Větší potenciál ale vidím při využití odpadního tepla, kdy vygenerovaná akustická práce může být využita ke chlazení. Představte si to třeba v automobilu, kdy řidič používá klimatizaci, která standardně zvyšuje náklady na dopravu. Každá energetická úspora i zvýšení účinnosti šetří naší peněženku, ale hlavně životní prostředí,“ dodává ing. Novotný.
Za výhody TA chladícího zařízení (poháněno například lineárním motorem) je možné považovat to, že v jednom chladícím stupni může být dosaženo mnohem nižších teplot než v jednom stupni kompresorového chlazení a dokonce až teplot zkapalnění některých plynů. Další výhodou je, že pracovním mediem jsou pouze inertní plyny (He, Xe, či pouze vzduch), tím pádem není nijak zatíženo životní prostředí při havárii či likvidaci. Nespornou mechanickou výhodou je pak to, že se v TA zařízení pohybuje maximálně jedna součást (lineární motor u chlazení, žádná v případě TA motoru). V pohybu je pouze pracovní plyn uvnitř zařízení. Tím odpadá mazání rotačních či posuvných částí zařízení (jako např. u kompresoru), netěsnosti a hlavně by se měla očekávat vyšší provozní spolehlivost a stálost.
„Na NTU bych rád postavil zařízení, které již může využít například helium. Tím se zvýší jeho účinnost a bude teoreticky srovnatelná s komerčním zařízením,“ říká ing. Novotný.
Spolupráce v této oblasti výzkumu mezi NTU, která byla v loňském roce na 80. místě v hodnocení universit (QS World University Rankings), AV ČR a TUL trvá již více let. Petr Novotný je členem týmu dva roky. Pod vedením docenta Tomáše Víta a profesora An-Bang Wanga (NTU) bude pracovat s tamním doktorandem Shu-Shen Hsu, se kterým publikoval výsledky půlroční spolupráce na loňském sedmém ročníku mezinárodní konference „Experimental Fluid Mechanics” (EFM) v Hradci Králové.
Společný výzkum a poznatky by měly sloužit i pro další využití v Micro-Elektricko-Mechanických-Systémech (MEMS). Jedná se o součástky a zařízení malých rozměrů, která jsou využita například jako mikročerpadla, sensory, ale mohou být součástí i „chytrých“ telefonů. Využití MEMS je široké, ale stále se musí chladit. „A přitom u nich nelze vzhledem k rozměrům použít žádný ventilátor ani jiný podobný prvek pro zintenzivnění chlazení. Nynější zařízení jsou chlazena přirozenou konvekcí,. „Miniaturní termoakustický motor by však mohl fungovat jako pasivní chladič (není zapotřebí dodávat více energie) a zároveň zintenzivní přenos tepla a tím pomoci při řešení tohoto aktuálního problému v micro a nano revoluci,“ doufá před odletem na prestižní tchaiwanskou univerzitu Petr Novotný.
J. Kočárková
Další články v rubrice
Fakulta strojní slavila s českými a slovenskými strojními fakultami, hejtmanem a primátorem
Děkan naší 70leté fakulty Jaromír Moravec dnes na slavnostním zasedání Vědecké rady FS TUL udělil osobnostem, které se zasloužily o rozvoj fakulty, pamětní medaile a ocenění.
Vůlí pohnout světem. Absolvent Fakulty strojní Antonín Martínek si splnil kanadský sen a ani za mořem nepřestal své vlasti pomáhat
Příběh strojaře Antonína Martínka připomíná americký, v jeho případě kanadský sen a je ztělesněním cesty za vysněným cílem. Díky své zarputilosti i kusu štěstí vycestoval absolvent tehdejší Vysoké školy strojní a textilní v Liberci (dnes TUL) z...
Zemřel někdejší pedagog Fakulty strojní TUL, docent Karel Dušák
Ve věku 83 let zemřel v pondělí 19. února 2024 doc. Ing. Karel Dušák, CSc.
