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Experimente mit dem thermoakustischen Oszillator

Müller, Georg Reinhold (1996)
Experimente mit dem thermoakustischen Oszillator.
Technische Universität Darmstadt
Ph.D. Thesis, Bibliographie

Abstract

In dieser Arbeit wurden Experimente zur Dynamik eines Thermoakustischen Oszillators durchgeführt. Dabei kamen Methoden der nichtlinearen Dynamik zum Einsatz, das externe Anregen eines Oszillators, sowie die Kopplung zweier Oszillatoren. Die Existenz starker Oberschwingunen im Spektrum deutet an, dass der Mechanismus der Schwingungserzeugung nichtlinear ist. Die bisherigen Modelle fü thermoakustische Schwingungen bedürfen also einer Erweiterung. In den Experimenten zeigte sich das vielfältige Verhalten eines nichtlinearen Oszillators, Mode-locking in zungenförmigen Bereichen, Hysterese und das Auftreten von Subharmonischen. Wie schon bei der Untersuchung von Saitenschwingungen zeigt sich, dass in einem selbsterregten System mit schwacher Nichtlinearität die interssanten Bereiche oft in extremen Parameterbereichen, die an der Grenze des Erreichbaren liegen, zu finden sind. Im Experiment kann ein Parameter eben nicht beliebig erhöht werden. Die beobachteten Effekte lassen sich mit dem Modell eines getriebenen van der Pol-Oszillators qualitativ erklären, wobei das System der mit Verzögerung gekoppelten van der Pol-Oszillatoren für tiefergehende numerische Studien geeignet erscheint. Die thermoakustischen Schwingungen eignen sich gut zur Erzeugung musikalischer Töne. Zwar ist der Aufbau mit elektrischer Heizung und Wasserkühlung aufwendig, aber als effektvolles Instrument für moderne Großveranstaltungen hat sich der thermoakustische Oszillator in Form der Flammenorgel bereits bewährt.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 1996
Creators: Müller, Georg Reinhold
Type of entry: Bibliographie
Title: Experimente mit dem thermoakustischen Oszillator
Language: German
Referees: Lauterborn, Prof. Dr. W. ; Elsäßer, Prof. Dr. W.
Date: 19 November 1996
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Technische Hochschule
Collation: II, 84 Seiten, Illustrationen 21 cm
Refereed: 27 November 1996
Abstract:

In dieser Arbeit wurden Experimente zur Dynamik eines Thermoakustischen Oszillators durchgeführt. Dabei kamen Methoden der nichtlinearen Dynamik zum Einsatz, das externe Anregen eines Oszillators, sowie die Kopplung zweier Oszillatoren. Die Existenz starker Oberschwingunen im Spektrum deutet an, dass der Mechanismus der Schwingungserzeugung nichtlinear ist. Die bisherigen Modelle fü thermoakustische Schwingungen bedürfen also einer Erweiterung. In den Experimenten zeigte sich das vielfältige Verhalten eines nichtlinearen Oszillators, Mode-locking in zungenförmigen Bereichen, Hysterese und das Auftreten von Subharmonischen. Wie schon bei der Untersuchung von Saitenschwingungen zeigt sich, dass in einem selbsterregten System mit schwacher Nichtlinearität die interssanten Bereiche oft in extremen Parameterbereichen, die an der Grenze des Erreichbaren liegen, zu finden sind. Im Experiment kann ein Parameter eben nicht beliebig erhöht werden. Die beobachteten Effekte lassen sich mit dem Modell eines getriebenen van der Pol-Oszillators qualitativ erklären, wobei das System der mit Verzögerung gekoppelten van der Pol-Oszillatoren für tiefergehende numerische Studien geeignet erscheint. Die thermoakustischen Schwingungen eignen sich gut zur Erzeugung musikalischer Töne. Zwar ist der Aufbau mit elektrischer Heizung und Wasserkühlung aufwendig, aber als effektvolles Instrument für moderne Großveranstaltungen hat sich der thermoakustische Oszillator in Form der Flammenorgel bereits bewährt.

Alternative Abstract:
Alternative abstract Language

In this work, experiments on the dynamics of a thermoacoustic oscillator were carried out. Methods of nonlinear dynamics were used, the external excitation of an oscillator, as well as the coupling of two oscillators. The existence of strong harmonics in the spectrum indicates that the mechanism of oscillation generation is non-linear. The previous models for thermoacoustic oscillations therefore need to be extended. The experiments showed the diverse behaviour of a non-linear oscillator, mode-locking in tongue-shaped areas, hysteresis and the occurrence of subharmonics. As with the investigation of string oscillations, it becomes apparent that in a self-excited system with weak non-linearity, the interesting areas are often found in extreme parameter ranges that lie at the limit of what can be achieved. In the experiment, a parameter cannot be increased arbitrarily. The observed effects can be qualitatively explained with the model of a driven van der Pol oscillator, whereas the system of delay-coupled van der Pol oscillators seems suitable for deeper numerical studies. The thermoacoustic oscillations are well suited for the generation of musical tones. Although the set-up with electrical heating and water cooling is complex, the thermoacoustic oscillator has already proven itself as an effective instrument for modern large-scale events in the form of the flame organ.

English
Additional Information:

ULB-Bestand, Sign.: HS 163/037

Divisions: 05 Department of Physics
05 Department of Physics > Institute of Applied Physics
05 Department of Physics > Institute of Applied Physics > Semiconductor Optics Group
Date Deposited: 19 Nov 2008 15:55
Last Modified: 17 Nov 2022 14:12
PPN:
Referees: Lauterborn, Prof. Dr. W. ; Elsäßer, Prof. Dr. W.
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 27 November 1996
Export:
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