[응용공학실험] Rijke Tube를 이용한 열음향 공진 실험 보고서

소개글

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목차

Ⅰ. 서론
1. 실험 목적
2. 압력과 속도의 관계

Ⅱ. 본론
1. 이론값 계산
2. 실험값 계산
1) Pipe 1 (1090 mm pipe)
2) Pipe 2 (870 mm pipe)
3) Pipe 3 (653 mm pipe)
3. 실험 결과

Ⅲ. 결론
1. 결과 분석
2. 고찰
1) Pipe 3에서 소리가 나지 않는 이유
2) Pipe 3에서 소리가 나게 하기 위한 개선사항
3) 오차 요인
3. 예시
1) Thermo acoustic 적용사례
2) 아이디어

Ⅳ. Reference

본문내용

1. 실험 목적
기계공학적 측면에서 진동과 공진은 구조물 설계 시 반드시 고려되어야 하는 필수적인 요소이다. 진동이란 물질의 위치 등 어떠한 물리량이 주기를 가지고 변동하는 현상을 말한다. 모든 물체는 재질과 형상에 따라 고유한 진동수를 가지고 있고, 그와 동일한 진동수를 가진 외력이 작용할 경우 공진이 일어나 부재의 파손이 발생하게 된다.
이번 실험에서는 Rijke Tube를 이용하여 열음향 공진에 대해 알기보기로 하였다. 실제로 초음속 유동의 운동에너지가 열에너지로 바뀌는 열음향 공진 현상을 활용하여 액체로켓엔진의 다중점화를 위한 점화기 구현에 적용하고 있으며 기존 냉장고에 비하여 효율은 낮지만 열음향 냉장고를 만들어 아이스크림 저장고로도 활용하고 있다.

3) 압력과 속도의 관계
Rijke Tube의 음파는 1차원 특성을 가지게 된다.

그림 1을 보면 튜브 내의 공기는 열원으로 인해 압축, 확산을 반복하게 되어 정상파(Stationary wave) 형태를 띈다. 열량은 평균열량과 시간에 따라 변화하는 열량으로 나눌 수 있는데 이는 열원에 의해 한 사이클 내에서 열이 국부적으로 가해지기 때문이다. 이 때 각각 평균열량은 상승대류유동을 만들고, 시변열량은 음파를 만들게 된다. 공기의 속도 또한 마찬가지로 표현할 수 있는데, 열량이 속도에 영향을 주어 지연이 발생하게 되며 다음과 같다.

< 중 략 >

1. 결과 분석
실험 결과인 표 6를 보면 다음과 같은 사실들을 확인할 수 있다.
1) 파이프의 길이가 짧아질수록 공진주파수가 커진다.
2) Pipe 1, Pipe 2의 경우 Prove 3에서 최대 공진주파수를 얻는다.
3) Pipe 1의 경우 FFT 변환을 통하여 공진 주파수를 얻을 수 없다.
4) 이론값보다 실험값이 더 크다.

1) 파이프의 길이가 짧아질수록 공진주파수가 커진다.
파이프의 길이가 짧아지면 주파수의 파장이 짧아진다. 파장이 짧아짐으로서 다음 식에 의해 주파수는 커지게 된다.

참고 자료

성홍계 교수님, 2019년 응용공학실험 Rijke Tube를 이용한 열음향 공진 실험 강의자료
Thermo acoustic, wikipedia.org
고유 진동수, 정상파, 비열비, rijke tube, 네이버 지식백과
신상웅, 오승진, 이윤준, 김남진, 천원기,(2012).열음향(Thermoacoustic) 레이저의 음향주파수 특성 분석.한국태양에너지학회 학술대회논문집,(),331-336.
오승진, 오원종, 김남진, 이윤준, Kuan Chen, 천원기,(2010).태양열 적용 열음향 레이저의 설계 및 개발 연구.에너지기후변화학회지,5(1),165-174.
김동혁,(1995).열음향 냉동.설비저널,24(3),283-297.