Rijke-Rohr

Ein Rijke-Rohr ist ein thermo-akustischer Resonator. Es ist benannt nach P. L. Rijke, der als erster 1859 den zugrundeliegenden Effekt beschrieb.

Das Rijke-Rohr (Dimensionen größenordnungsmäßig: Länge: 1 m, Durchmesser 0,1 m) ist ein an beiden Enden offenes Rohr, in dessen unterer Hälfte sich ein Heizgitter befindet. Wird das Rohr senkrecht gehalten, so steigt die Luft durch die Erwärmung über dem Heizgitter auf, es entsteht eine senkrechte Strömung. Da die Wärmeabgabe des Heizgitters an die Luft abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit ist, schwankt diese, wenn die Strömungsgeschwindigkeit schwankt, was durch kleinste Störungen immer passiert. Wenn das Heizgitter wie beschrieben in der unteren Hälfte des Rohres (bei etwa 1/4 der Länge) angeordnet ist, so sind Wärmefreisetzungsschwankungen und akustische Druckschwankungen (die mit den Geschwindigkeitsschwankungen einhergehen, jedoch phasenverschoben sind) in Phase, das Rayleigh-Kriterium der Thermoakustik ist erfüllt und die Eigenfrequenzen der Luftsäule im Rohr wird angeregt. Dies macht sich durch deutlich hörbares Pfeifen bemerkbar. Der Effekt beruht vor allem darauf, dass die Wärmefreisetzungsschwankung am Heizgitter der Geschwindigkeitsschwankung ein wenig hinterhereilt (Phasenverzug), so dass Druck und Wärmefreisetzungschwankung (annähernd) in Phase sein können.

Wie die Strömung im Rohr erzeugt wird, ist für den Effekt nebensächlich. Das Rohr kann also auch horizontal angeordnet sein, wenn durch irgendeine Art von Pumpe eine Strömung erzeugt wird.

Literatur

• Elmar Bergeler: Das Rijke-Rohr, Physik in unserer Zeit, 39/2, WILEY-VCH Verlag, 2008
• Konstantin I. Matveev: Thermoacoustic Instabilities in the Rijke Tube: Experiments and Modeling, Ph. D. Thesis, California Institute of Technology, 2003.