Опыт создания вихревого преобразователя атмосферного тепла в механическую энергию

Что касается течения воздуха через диффузоры и конфузоры, то тут есть свои подводные камни. Согласно гидравлическим справочникам, при движении в конфузоре, располагаемый напор превращается в скорость с малыми энергопотерями. Например, в коноидальном сопле коэффициент превращения напора в скорость составляет 99 % и даже в простом коническом сходящемся насадке К =98 %.
Казалось бы, такую же высокую эффективность можно было бы ожидать и в диффузоре при превращении скорости в напор. Ведь диффузор - зеркальное обращение конфузора.
Но, в реальности, никакой зеркальности превращения не наблюдается.
Например, в коническом расходящемся насадке (L/d = 5) с углом конусности 3 градуса теряется четверть энергии потока (φ=0,86). При угле конусности 5 градусов теряется почти треть энергии потока (φ=0,83). Здесь φ - коэффициент потери скорости, показывающий на сколько скорость на выходе диффузора ниже теоретически достижимой скорости при отсутствии сопротивления.
Таким образом, диффузор - очень неэффективное средство превращения статического напора в динамический напор.

 

Какая разница, что мы разгоняем, сосуд с газом или струю газа. При неизменности температуры газа взаимное хаотическое движение молекул не меняется, не меняется и их скорость свободного пробега.
Например при истечении воздуха из сопла со скоростью звука, температура воздуха понижается всего на 0,2 градуса. То есть понижения температуры практически нет.
(Эффект Джоуля - Томсона).

 

С этим я вполне могу согласиться. Но, к сожалению, более эффективное средство придумать сложно. Мне тоже диффузоры в этом плане не слишком нравятся, поэтому и разработал роторный вариант ТМП. В несколько видоизменённом виде диффузоры там тоже присутствуют (периферийная часть каналов ротора), но большей частью скорость гасится за счёт изменения радиуса вращения. А также - путём использования с этой целью конфузорной части каналов ротора как бы "наоборот" - относительно ротора скорость в них увеличивается (как и положено в конфузоре), а абсолютная окружная скорость потока падает до нуля. См. пост #39

 

Андрей, в Вашем преобразователе энергии атмосферы механическую энергию даёт турбина. У Вас изображена классическая газовая турбина, КПД которой не превышает 50 %. Неужели Вы думаете, что с таким низким КПД можно получить сверхединичное устройство ?
Я понимаю, что Вы рассчитываете на малозатратное превращение теплового движения молекул в скоростной поток. Но Вы же не знаете, какую часть этой энергии Вам удастся задействовать.

 

Чтобы это оценить с достаточной точностью, нужно учесть множество факторов, величина которых определится только при изготовлении конкретного устройства. Поэтому очень многое зависит от качества его исполнения. По моим ориентировочным прикидкам я рассчитываю извлечь за вычетом всех потерь хотя бы 10% от общей энергии полученного вихревого потока. Опять же, роторный вариант даёт бОльшую надежду на успех, поскольку ротор совмещает там функции диффузора и турбины, что должно минимизировать потери. Но этот вариант требует и более высоких технологий изготовления. И, кстати, даже 10% дают неплохую удельную мощность преобразователя. Допустим, 10 кВт при его диаметре около 1 м. Это на порядки выше, чем у ветряков, к примеру. И при этом выход энергии не зависит от погодных условий

 

ВОТ ! Как раз этим и отличается истечение воздуха из сопла от его самораскрутки в вихре. В сопле скорость увеличивается большей частью за счёт падения давления (потенциальной энергии сжатия), меньшей - за счёт падения температуры (тепловой, кинетической энергии молекул). А в вихре - всё наоборот. Именно для подтверждения этого факта я и проводил эксперимент, упомянутый в посте #188 Только температуру там было замерять слишком сложно. Влезать термометром в вихрь было нельзя, а на выходе замерять не было смысла, поскольку происходил нагрев в роторе установки из-за принудительности его вращения, трения внешних стенок о воздух внутри корпуса. Там ведь о самоподдержании и речи не было. Слишком низкая скорость вихря по сравнению с тепловой. Цель заключалась только в замере соотношения давлений

 

На мой взгляд, доступ к потенциальной энергии атмосферы возможен в рамках привычной гидродинамической модели, опирающейся на достоверные результаты исследований.
Так, например, при истечении воды из отверстия или сопла, скорость истечения определяется в основном силой земного тяготения. Попросту говоря, скорость истечения воды из сосуда равна скорости камня, брошенного с высоты уровня воды в сосуде.
Однако, это не вся правда. Если приложить к отверстию в сосуде конический диффузор с малым углом конусности, то скорость воды в отверстии можно увеличить более, чем в два раза. При этом кинетическая энергия струи в зоне отверстия будет превышать располагаемую энергию напора воды в пять раз.
Причина такого небывалого прироста энергии заключается в том, что диффузор создаёт разрежение в зоне отверстия, и тогда к силе тяжести добавляется сила атмосферного давления, которая при сравнительно небольших напорах может в несколько раз превышать силу тяжести.
На этом эффекте основана работа вакуумных эжекторов, главным узлом которых является трубка Вентури.
Одним из немногих авторов, подробно описавших этот феномен, является Б.Н. Сиов "Истечение жидкости из насадков".
Земная атмосфера, по сути, является гигантским ресивером, обладающим гигантской термодинамической энергией. Проблема лишь в том, как подобраться к этой энергии не располагая разницей потенциалов (давление, температура, скорость).
Популярная статья на эту тему здесь : http://innotec.ru/articles/chudesa-vokrug-nas/874-idealnyy-resurs-energii-statya-64-12-11-17

 

Для полноты картины ещё раз кратко опишу то, что изображено на рисунке #39 Ротор прокачивает воздух с периферии в центр, компенсируя трение, центробежную силу, действующую на поток, и создавая крутящий момент на валу только за счёт тепловой энергии самогО прокачиваемого воздуха. Центробежная сила, кстати, как раз и участвует в создании крутящего момента. Это всё показано стрелками и буквами. И - сила инерции потока. R - реакция ротора, сила, действующая уже на поток, перпендикулярная поверхности лопатки. Понятно, что в межлопаточном пространстве действует ещё и давление, направленное против потока, к периферии. Оно уравновешивается силой инерции. Другими словами, перепад статического давления изнутри ротора к периферии (а также ц/б сила и а/д сопротивление стенок) компенсируется динамическим давлением от торможения вихря. Но тут не всё так просто: Максимальное давление (выше атмосферного) должно возникать где-то в середине межлопаточного пространства (голубая зона). А на выходе в центр ротора воздух расширится до атмосферного давления с падением температуры ниже атмосферной

 

Смотрите, какая странная вещь. В газовой термодинамике давление и температура газа тесно связаны между собой. При падении давления газ должен остывать, а при сжатии нагреваться. Это и наблюдается в компрессорах и детандерах.
Повышение давления воздуха всего на один бар приводит к повышению температуры от 300 К до 366 К, а понижение давления с 2 бар до 1 бар приводит к понижению температуры с 300 К до 246 К.
При истечении воздуха в атмосферу (1 бар) из баллона с давлением 2 бар воздух якобы расширяется до давления атмосферы. Но почему же он тогда охлаждается не на 54 градуса(как это следует из адиабаты Пуассона), а только на 0,2 градуса ?
А может потому, что он в сопле и не думает расширяться ?
Расширение происходит только после вылета струи при её торможении.
И тогда тепло, образующееся при торможении. компенсируется холодом адиабатного расширения.
А вот в вихре происходит падение давления в центральной зоне вихря и вследствие этого воздух в центральной зоне охлаждается строго по адиабате Пуассона.
В воздушных конических циклонах давление в центральной зоне падает в десятки раз, при этом в периферийной зоне давление не повышается относительно входного давления, а даже падает.
Но температура воздушной струи может падать только при одном условии - когда воздушная масса совершает работу. В коническом циклоне такой работой может быть только разгон струи.
Вот здесь мне кажется и надо искать технологию извлечения энергии из воздуха.

 

Вот по этой сАмой причине - невозможность создания разности потенциалов (без эквивалентной затраты энергии) - доступ к ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ энергии атмосферы и невозможен. И все эти фантазии - из серии "гравитационной энергии" а-ля "фирма ROSCH" Зато её тепловая энергия - в полном нашем распоряжении

 

Ничего странного тут нет. Ведь классическая газодинамика в силу привычных стереотипов полностью построена на законах газоСТАТИКИ. Вот, что тут самое смешное Не учитывается именно зависимость т/д процессов от конфигурации потока, статистическоое взаимодействие молекул в разных условиях

 

Смотрим баланс энергии. С помощью лопаток компрессора Вы увеличиваете кинетическую энергию воздушного потока и увеличиваете давление (а значит и температуру) воздуха, поскольку процесс у Вас скоротечный, а значит, адиабатный.

Перед входом в турбину давление воздуха максимально и его температура максимальна.

Как только воздух попадает на лопатки турбины, его давление и температура начинают падать в силу расширения. У Вас на рисунке межлопаточный канал у турбины зажат по выходу, что не способствует её эффективности.

Посмотрите эволюцию турбодетандеров, это лучшие ЦС турбины.

Конечное расширение на выходе из лопаток турбины не может быть ниже атмосферного (в Вашей модели), стало быть температура не может упасть ниже температуры входа. Она обязательно будет выше.

Причина этого в том, что КПД турбо компрессора заметно выше КПД воздушной турбины. Так же как КПД пропеллера выше КПД ветротурбины. Турбина, как правило, отбирает кинетической энергии от потока меньше, чем компрессор вкладывает в поток. Такова реальность турбомашин с центростремительными потоками.

 

А Вы присмотритесь повнимательнее к гидростанциям всего мира. На выходе водовода (после турбины) практически на всех ГЭС стоят так называемые отсасывающие трубы, которые понижают давление после турбины, тем самым увеличивая перепад напора на турбине.
Это наглядный пример использования энергии атмосферы. Именно гравитационной энергии сжатого воздуха.
И это никакая не "туфта" как Вы выразились, а инженерная реальность.

 

наверно я ошибся,50мДж в сек это 50мвт. Многовато. Нереально. Видимо надо считать обьем по высокому давлению,т.е. еще поделить на 37 .
Почему охлаждается? Неправильно выразился.Не производит работу,а этот газ МОГ БЫ произвести эту работу,но
не произвел. ушло КОТУ под хвост.
А что касается охлаждения,то тепловая машина работает от разницы температур,нагревание или охлаждение разницы нет. Ведь так?

 

О каком компрессоре тут говорится? Если речь идёт о роторном варианте ТМП (как можно догадаться по ссылке/цитате), то там нет никакого компрессора. Кинетическую энергию поток приобретает за счёт собственной тепловой энергии в процессе перестроения молекулярного движения на пути от периферии к центральной части вихря. Соответственно и все последующие выводы в посте оказываются основаны на ложной предпосылке.

Я ничего не говорил о падении давления ниже атмосферного на выходе в центр ротора. Если бы это было так, воздух просто не вышел бы из ротора. Там только температура падает ниже атмосферной за счёт того, что в центральной части вихря (на входе в ротор) она падает ещё более значительно вследствие преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию потока. А в зоне максимального давления, в средней области межлопаточного пространства, она снова несколько увеличивается в результате инерционного (динамического) сжатия. Сечения каналов ротора специально просчитаны, исходя из соотношения предполагаемых скоростей потока и ротора, именно из соображений его максимальной эффективности. И никто, естественно, не станет спорить, что при прохождении потоком ротора возникнут существенные потери на трение, которые при скоростях в пару сотен м/с "съедят" немалую часть кинетической энергии вихря. В общем, присмотритесь повнимательнее к этой картинке #39 Я ведь специально её и изобразил для максимальной наглядности. Здесь на входе в ротор часть кинетической энергии вихря непосредственно превращается в механическую в процессе торможения до величины окружной скорости ротора (с сопутствующим динамическим сжатием воздуха), а часть - в результате расширения и охлаждения воздуха с совершением работы на выходе из ротора. При этом торможение потока продолжается на всём его пути в межлопаточном пространстве, и состояние воздуха внутри ротора подчиняется общеизвестным газовым законам. А расход воздуха определяется расчётной разницей окружных скоростей внутренней границы вихря и ротора, и площадью сечений его входных каналов. Исходя из этих параметров можно оценить полезную мощность. Вот только достижимую максимальную скорость вихря пока трудно оценить, не имея действующего прототипа. Я пока ориентируюсь на скорость звука и 10% "условного КПД"

 

Кратко резюмирую предыдущий пост Артёма: У него там чётко изложен тот факт, что "отсасывающая труба" вовсе не преобразует никакую "гравитационную энергию", а просто утилизирует остаточную кинетическую энергию водяного потока после турбины

 

Это откуда, Вы сударь, таких слов нахватались: "туфта", "мракобесие", "тупое стадо"...
Вы, случаем, не казачок из комиссии РАН по лженауке ?
Судя по вашей реакции, вы очень поверхностно знакомы с газовой термодинамикой, и поэтому для Вас откровением является сверхединичное выделение тепла при сжатии газа в условиях атмосферы.
Ну, такого рода безграмотность ещё как-то можно понять, поскольку знание термодинамики - большая редкость в инженерной среде.
Но, то что Вы азы гидравлики (истечение жидкости через насадки) не знаете, это уже перебор. Стыдно инженеру не знать, что расширяющийся насадок увеличивает расход жидкости при сливе.
Впрочем, не знать предмет досконально - простительно. Но непростительно, не зная предмета, категорично высказывать о нём своё доморощенное суждение.

Нормальной реакцией с вашей стороны на новую и необычную для себя информацию была бы просьба разъяснить эту необычность со ссылкой на первоисточник.
Вместо этого Вы, в недопустимой для технической дискуссии форме, позволяете себе оскорбительные ярлыки в адрес гостя, который пришёл на модерируемый Вами форум с целью поддержки вашего поиска безтопливных источников энергии.

Воистину, нет ничего ужаснее, чем воинствующее невежество.

 

Прежде, чем судить о роли отсасывающей трубы, неплохо было бы разобраться в том, что происходит в трубе Вентури, состоящей из входного сопла и выходного диффузора.

Вот первая из ссылок, который привёл Артём, якобы, в опровержение моей оценки роли отсасывающей трубы:
"При отсутствии отсасывающей трубы энергия потока после рабочего колеса теряется, и КПД турбины уменьшается. При установке отсасывающей трубы, которая представляет собою прямоосный или изогнутый диффузор определенных размеров, кинетическая энергия потока после рабочего колеса преобразуется в энергию давления. В результате под рабочим колесом создается дополнительное разрежение, вследствие чего напор, используемый турбиной, возрастает. Особенно значительна роль отсасывающей трубы в рабочем процессе быстроходной поворотно-лопастной осевой гидротурбины, у которой кинетическая энергия потока v23 / 2gH за рабочим колесом может достигать 50% от полного напора турбины."
Здесь, хоть и коряво, но все же признаётся положительная роль выходного диффузора в повышении КПД гидротурбины.
Тогда в чём претензия к моей информации об особой роли выходного диффузора ?

А, ну да, диффузор не даёт сверхединицу !
Но, с какой стати один неподвижный элемент должен сразу давать сверхединицу.
А то, что в случае поворотно-лопастной осевой турбины её КПД повышается, благодаря диффузору, почти в два раза - это, типа, нам неинтересно.
Так, что ли ?