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Auf den Brennwert des hydrodynamischen Kavitation

Auf den Brennwert des hydrodynamischen Kavitation

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Der Bericht enthält einige der Energieaspekte, die die Arbeit der Kavitation Wärmeerzeugern begleiten, die weithin als eine sehr effektive Wärmeenergiequelle ausgeschrieben. Es wird insbesondere gezeigt, dass das Auftreten von ultrahohem Druck und Temperaturgradienten nur möglich ist , in einem speziell vorbereiteten "reinen" homogene Flüssigkeiten. Im Rahmen der "technischen", in Heizungsanlagen verwendet wird , beansprucht die Autoren die Auswirkungen von Projekten grundsätzlich unmöglich.

In den letzten Jahren wissenschaftlich-technische Zeitschriften und beliebte Orientierungsinformationen, einschließlich des Internets, sind in großem Umfang verbreitet hydrodynamischen Vorrichtung, soll insbesondere für den Einsatz in dezentralen Heizungsanlagen. Das Funktionsprinzip derartiger Vorrichtungen auf den ersten Blick scheint es einfach genug.
Ein charakteristisches Merkmal von vielen Beschreibungen dieser einzigartigen Heizungen ist das fast völlige Fehlen von theoretischen Grundlagen, die nicht leider die beanspruchten objektive Parameter zu quantifizieren.

Das Konzept einer Kleinkessel

Fig. 1. Schematische Darstellung des Leichtsieder [1]

In Fig. 1 , als Beispiel eine schematische Darstellung des Kessels, die ein aktives Element des Kavitation Wärmegeneratorrotor ist, der als eine neue Generation von thermischen Maschinen präsentiert wird, die die mechanischen, elektrischen und akustischen Wirkung auf die Flüssigkeit in der Wärme umwandeln.

Kühlmitteltemperaturerhöhung auftritt, nach Ansicht der Autoren, aufgrund der folgenden Wirkungen: die Umwandlung von mechanischer Energie durch innere Reibung, die auftritt, wenn das Kühlmittel fließt; thermische Energie durch den elektrothermischen Effekt und Heizelemente Umwandlung von elektrischer Energie in; Unterwasserenergie in Wärmeenergie durch Kavitation und Wirbeleffekten. Die Regelung Abb.2 Autoren [1], die folgende Bezeichnung: 1 - der Elektromotor, 2 - Kavitation Wärmeerzeuger, 3 - Manometer, 4 - Kessel, 5 - Luftventil, 6 - Pipeline liefert erwärmte Kühlmittel, 7 - Sensor, 8 - das Gerät automatisch 9 Management - Wärmetauscher 10 - Heizkörper, 11 - der erweiternde Behälter, 12 - Filter für Kühlmittelreinigung, 13 - Umwälzpumpe.

Somit ist das Hauptschaltungselement 2 Kavitation Wärmeerzeuger, die in diesem Fall ein Drehtyp Vorrichtung, die in der chemischen Industrie häufig verwendet werden (beispielsweise Dreh GART Klasse Gerät [2]). Neben Drehmaschinen aktiv vermarktet werden und Versuch der wissenschaftlichen Untermauerung von Hochleistungs - Energiewirbel Geräte gehalten, auf der Basis des Rohres aufgebaut Ranka [3].

Systeme Kavitation Wärmeerzeuger trotz der Vielzahl von Namen (auf die Terminologie des zweiten Projekts offenbar noch nicht gelungen , eine Einigung zu erzielen) besteht aus vier Grundelementen ( Abbildung 2 ): Antriebsmotor 1, Pumpe 2, die tatsächliche Kavitation Wärmeerzeuger 3, der die Umsetzung mechanischer Energie in Wärmeenergie und Wärmeenergie Benutzer 4.

Ein typisches Blockschaltbild einer Kavitation Wärmeerzeugers

Fig. 2.Tipichnaya Blockdiagramm Kavitation Wärmeerzeuger

Vereinfachtes Blockschaltbild der Elemente 2 sind Standardpraxis, für jede Hydrauliksystem für den Transport von Flüssigkeit oder Gas entwickelt.

Das Prinzip der Betrieb solcher Leistungstransformatoren kann für die Bewässerung von Blumenbeeten und Rasenflächen in vorstädtischen Gebieten in der öffentlichen Pumpe zu sehen. Es sollte die üblichen Drei-Liter-Glas und bekommen Sie die Pumpe mit Wasser gefüllt werden, um das Wasser aus der Dose zu sammeln und sie dort zu entleeren. Innerhalb von 5 - 10 Minuten zu auf volle Richtigkeit von James Prescott Joule sicherzustellen (1818-1889) über die Möglichkeit der Umwandlung von mechanischer Arbeit in Wärme um . Das Wasser im Topf erwärmt. Mehr heller Effekt ist bei "Störung" Eingang und Ausgang des Haushaltsstaubsauger. Aber es ist eine riskante Demonstration, steigt die Temperatur so schnell, dass Sie nicht den "Eingang" und "Ausgang" zu trennen können verwalten, was zu einer Verschlechterung des Gerätes führen.

Der Heizkreis ist in gezeigt Fig. 2 arbeitet ähnlich wie ein Automotor - Kühlsystem, lösen nur das inverse Problem, nicht die Temperatur zu senken und es erhöhen. Wenn die Installation des Hydraulikfluids von dem Ausgang des Energiehydrodynamischen Kavitation Ausgangswandler 3 über die Pumpe 2 wird durch einen kurzen Weg zum Eingang der Wärmequelle zugeführt. Nach mehreren Umläufen in einer kleinen (sekundären) Schaltung, wenn das Wasser voreingestellte Temperatur der zweiten (in Betrieb) Schaltung verbindet. Fluidtemperatur sinkt, aber dann, wenn erfolgreich ausgewählten Systemparameter wird auf den gewünschten Wert reduziert.

Zahlreiche Design-Aktivatoren von den Herstellern beworben, in der Tat stellt das Gerät, wie verlautet Flüssigkeit kinetische Energie zu arbeiten. Wie die Autoren der Projekte sagen , gelingt es ihnen , durch die Verwendung von "speziellen" Design - Merkmale von Wärmequellen und "nicht-traditionelle" physikalische Effekte auf hohe Werte des Koeffizienten h> 0,9 Wirkungsgrad zu erzielen. In einigen Fällen faszinierend h nach Testergebnissen überschreitet Einheit. Erklären solche ungewöhnlichen Eigenschaften ausreichend hydrodynamischen Vorrichtungen und Verfahren untersucht, beharren die Forscher , dass sie die unbekannten Eigenschaften von Kavitation nutzen können (bis zu der "kalten" Fusion) oder Torsion Felder aus der Drehbewegung der Flüssigkeit entstehen.

Typischerweise haben Kavitation thermodynamischen Systems Wärmequellen als die ursprüngliche Quelle der mechanischen Energie manchmal ein, und mehr - zwei Elektromotoren , die Kühlmittelzirkulationssystem für die Erstellung und Pflege Bedingungen für einen hydrodynamischen Kavitation bereitstellt. Mit anderen Worten, konvertiert die elektrische Energie E1 mit der entsprechenden Verluste k1 in mechanische Energie

(2)

wobei k 2 - Umrechnungsfaktor (in der Terminologie der Autoren - Transformation) mechanische Energie des Kühlmittelstroms in seine innere Energie, und die Größe variiert, meist 0,9-4. Wenn der Wert von k 2@ 0,9 unter bestimmten theoretischen Vereinfachungen können als hoch eingestuft werden, aber bis zu einem gewissen Grad die real, der Wert von k 2 ≥ 1 erfordert ernsthafte theoretische Studien. Energie Phänomen wird von den Autoren der Projekte erläutert, so dass deren Design eine einzigartige Art und Weise verwendet elektrische Energie in Wärmeenergie durch den Einsatz von "fluktuierenden Vakuum in einem starren Kavitation" zu konvertieren und "Energie der Wassermoleküle."

Ohne Berührung auf, aus offensichtlichen Gründen, Torsion und Fusionsprobleme sowie die Energie des physischen Vakuum, einige der Merkmale des Energieverbrauchs der hydrodynamischen Kavitation Wirkungen im Körper und Massentransferprozessen berücksichtigen. siedendem Prozesse, akustischen und hydrodynamischen Kavitation kann als ein Phänomen der Bildung von Festphasen-Wettbewerbs mit Flüssigkeit gefüllte Hohlräume in einem Arbeitsfluiddampf und gelösten Gasen dargestellt werden.

Es sollte beachtet werden, dass das Phänomen der hydrodynamischen und akustischen Kavitation, obwohl mehr als ein Jahrhundert Studie nicht vollständig beschrieben. Alle Forscher in Kavitationsvorgänge beschäftigt sich einig , dass das Phänomen ist in einigen seiner Äußerungen nicht vorhersehbar ist. Die Parameter der Kunstbauten und der Geräte, deren Arbeit mit der Entstehung und das Auftreten von Kavitation (Wasserturbinen, Schiffsschrauben, Pumpen, Rührwerke, Verarbeitungsanlagen) zugeordnet ist, zusammen mit den Ergebnissen der theoretischen Untersuchungen durch experimentelle Daten ergänzt, die auf die Modellierung der Kavitation auf Sonderstände basieren [4- 7]. Jedoch viele bereits bekannte Kavitation. Wenigstens jetzt die grundlegenden Gesetze in Bezug auf ihr Aussehen und Verfahren etabliert. Wissenschaftler und Ingenieure haben genug gelernt, um erfolgreich die destruktiven Erscheinungen (zB Superkavitation Schiffsschrauben) zu verhindern, und sie in Prozessen verwendet werden, wo notwendig chto zu, zum Beispiel Teilchen von unlöslichen Flüssigkeiten zu zerstören, oder für eine nicht in den normalen Bedingungen der chemischen Reaktionen fortfahren.

Auf den Energieeffekte das Erscheinungsbild in der Wettbewerbsphase des Fluids unter Druck entsprechend dem Dampfdruck des Arbeitsfluids begleitet, bemerkte Forscher vor langer Zeit. Im Jahr 1917 hatte Lord Rayleigh das Problem der Druck Entwicklung in der Flüssigkeit während des Zusammenbruchs des "leeren" sphärischen Hohlraum gelöst [4]. Im Fall von Kugelsymmetrie in der wirbelfreie radiale Strömung des Fluids in den Hohlraum umgibt , wurde durch die Gleichung der kinetischen Energie K L erhalten

(3)

wobei p L - Flüssigkeitsdichte, u - die Radialgeschwindigkeit an einer beliebigen Abstand r> R von der Mitte des Hohlraums, v r - Radialgeschwindigkeit der Hohlraumwand. Nach dem Satz, muss die Änderung der kinetischen Energie des Fluids zu dem durch das Gewicht der Flüssigkeit geleistete Arbeit gleich durch den Hohlraum schließ

(4)

wo - Druck in der Flüssigkeit in einem Abstand , R max - Radius des Hohlraums zu Beginn ihres Zusammenbruchs, R 0 - letzte Hohlraum Radius. Gleichsetzen (3) und (4), ist es möglich, eine Gleichung der Geschwindigkeit der sphärischen Oberfläche des Hohlraums zu kommen

. (5)

Beispielsweise im Fall von R max = 10 -3 m = 0 und R 10 -6 m und = 105 Pa, P L = 103 kg / m 3 Geschwindigkeit der Hohlraumwand @ 1 sein v r gefunden wird, 4 × 10 4 m / s, die in Wasser sehr viel höher als die Schallgeschwindigkeit ist. Der Betrag der kinetischen Energie der Flüssigkeit, die den Hohlraum der Kavitation füllt, wird mit der Gleichung entsprechen (3) die Menge an

(6)

Unter der Annahme , dass nur 10% der kinetischen Energie der Flüssigkeit in Wärme umgewandelt wird, wird die maximale Änderung in der Umgebung des Hohlraumes collapse Temperatur ca.

(7)

wobei c @ 4200 J / kg · K - spezifische Wärmekapazität von Wasser. Es ist natürlich bei so hohen Temperaturen sind möglich, Prozesse auf molekularer und atomarer Ebene anzunehmen, dass. Wir müssen davon ausgehen, dass es zu den Ergebnissen der Berechnungen von Designern ähnlich ist, führte Kavitation Wärmeerzeuger für Annahmen über mögliche Reaktionen der "kalte" Fusion.

Tabelle 1

Folgen Sie zu beachten , dass die durchgeführten Berechnung aus der Theorie der ermöglicht , eine unbegrenzte Zunahme der Druck und die Geschwindigkeit der Hohlraumgrenzen in der Endphase der Schließung in einer idealen Flüssigkeit abgeleitet sind, die einen Grenzwert von Volumenstärke der z hat, werden die theoretischen Werte in der Tabelle angegeben. 1 [5].

Unter dem Einfluß von Druck und Temperatur intermolekularen Abstände in der Flüssigkeit verändert, und wenn für jede Flüssigkeit begrenzen die sehr spezifisch sind, gibt es eine Kontinuität Lücke. Zum Beispiel ist Wasser intermolekulare Abstand L 0@ 3 × 10 -10 m, die die maximale Zugspannung als bestimmen können ,

. (8)

M. Kornfeld Daten für den Fall des Auftauchens von Konkurrenz Dampf gleichzeitig über das gesamte Volumen der Flüssigkeit erhalten, die in der Praxis nie beobachtet. Wenn das Wasser diese Kraft hatte, bekommen dann Kavitation Geräte in der Diskussion nicht möglich gewesen wäre. In der Praxis in einem speziell vorbereiteten flüssigen Anteile, die Unregelmäßigkeiten nicht enthalten, können Dampfkern aufgrund der thermischen Schwankungen auftreten. Die Erhöhung des Volumens der Dampf Kerne ist möglich bei überschüssiger Flüssigkeit Sättigungsdampfdruck des Außendrucks, das heißt,

(9)

wobei p sp - Druck von gesättigten Flüssigkeitsdämpfe, s L / sp - die Oberflächenspannung an der Flüssigkeit - Dampf. Die Anzahl der Kerne , die Stabilität in der Zeiteinheit pro Volumeneinheit der Flüssigkeit verlieren kann , wird durch die Gleichung bestimmt Ya Zel'dovich [5]

(10)

wobei n 0 - Die Zahl der gebildeten Keime, die F - konstanten Faktor k B @ 1,4 × 10 -23 J / K - Boltzmann-Konstante, T - absolute Temperatur, A (R 0) - die Arbeit der Nukleation

(11)

der erste Term beschreibt die Menge an Energie auf die Schaffung einer Freifläche des zweiten Gliedes (11) ausgegeben - die Arbeit der Bildung eines neuen Hohlraum Radius R 0, und die dritte - die Arbeit benötigt , um füllen den Hohlraum Dampf.
So ist für die Schaffung einer homogenen flüssigen microinhomogeneities einige Arbeit äußere Kräfte erfolgen. Mit anderen Worten, ist eine Änderung des Zustands des Fluids, einschließlich der Bildung von Kavitationskeime durch Energieversorgung von externen Quellen. Die sich ergebende Kavitation Kern kann sein Volumen in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Außendruck und dem Dampfdruck innerhalb des Kerns zu erhöhen oder zu verringern. Bedingungen Keimwachstum kann durch Kombinieren der Gleichungen (11) und (10) erhalten werden, d.h. aus Gleichung (11) den Wert R 0 und ersetzen diesen Wert in den Zustand zu bestimmen , (9)

(12)

wobei 1 / t = dn 0 / dt, t - Zeitsprung der Einheit Volumen der Flüssigkeit zu warten. Unter der Annahme , dass ein einzelner Kern von Kavitation im Volumen von 1 cm 3 innerhalb einer Sekunde ausgebildet und nimmt auf Kornfeld A @ 110. März - 1 m 3 erhalten

In diesem Fall

(12).

Gemäß (12), wird die Zugfestigkeit zu Wasser z @ 1,6 × Pa 10. August gefunden, fast die Hälfte der theoretischen Wert von Kornfeld und dreimal kleiner als die molekulare Gleichung (8).

Wie experimentell [4 - 7], Flüssigkeiten Kavitation Stärke ist mehrere Aufträge niedriger als die theoretischen Werte. Beispielsweise MG Sirotyuk [7] D. Flynn und [6] haben die Daten der Kavitation Stärkemessung destilliert und gereinigt Leitungswasser veröffentlicht. Wenn Schwellwerte Schalldruck bei verschiedenen Frequenzen messen , bei der das Auftreten einer Wettbewerbsphase aufgezeichnet wurden minimale Druckwerte für tap Rohwassers p c r erhalten @ 5 × April 10 Pa und aufbereitetem Wasser destilliert - p c r @ 4 x 10 July Pa.

Die experimentellen Schwellen von Kavitation in Wasser

Abbildung 3. Experimentelle Kavitation Schwellen in Wasser [6.7]

Der Hauptgrund für eine so große Verbreitung von Wasser Kavitation Stärke ist ihre Heterogenität, das heißt, Vorhandensein von Kavitationskeime darin, gefüllt mit Gas und Flüssigkeitsdampf, mit anderen Worten, tritt die Erscheinung der Wettbewerbsphase bei der Flüssigkeit bereits in den Kernen des kritischen R c r Radius wie sie die Niederdruckzone ein.

Wenn wir , dass die Kernel - Erweiterung Prozess auf der adiabatischen Schaltung annehmen nimmt das Verhältnis des Anfangs P G (0) und die aktuelle Gasdruck P G erhöht das Volumen des Kerns auf der Grundlage der Poisson - Gleichung dargestellt werden kann wie folgt dargestellt werden:

(13)

wobei g - die adiabatische Index. In diesem Fall können die kinematischen Parameter den Kern umgibt , ändert sein Volumen durch die folgende Differentialgleichung ausgedrückt werden [5]

. (14)

Für den Maximalwert der radialen Geschwindigkeitskomponente anstelle der Gleichung (5) ist es notwendig , die folgende Beziehung zu schreiben , ist ein erstes Integral der Gleichung (14)

. (15)

Einnahme = 105 Pa, p G (0)@ 1 × 10. März Pa, wird der Maximalwert der Geschwindigkeit v r (max) @ 534 m / s sein, die mit der Gleichung nach 26 - mal weniger hypothetische Temperaturgradient (7) wird

(16)

dass deutlich weniger "thermonuklearer" Temperaturen bezeichnet in Publikationen gewidmet Wärmeerzeuger Kavitation. Es sollte auch bedacht werden , dass bei Heizungsanlagen gewöhnlichem Leitungswasser mit einem hohen Gasgehalt zu verwenden, in denen es gasgefüllten relativ große Kavitationskeime bekannt. Wenn Sie diese Kerne in den Kernbereich der Niederdruck erhalten wird sein Volumen auf einen Maximalwert zu erhöhen, dann wird ihr Volumen bei der Eigenfrequenz in regelmäßigen Abständen ändern

. (18)

Die gespeicherte Energie Kavitation Hohlraum ist in der Form von Schallwellen teilweise erzeugt wird , ein Transformationskoeffizienten in der Wärmeenergie von nicht mehr als 1% der Gesamtenergie des Hohlraums.

Es ist zu beachten, hydrodynamischen Kavitation System Wärmequellen zu tragen ist Xia geschlossen ( Abb. 2 ), die eine Zirkulationsschleife erfordert. Flüssig, Niederdruckzone wieder für kurze Zeit durch eine Wärmequelle geleitet wird dort. Solche Zirkulation von Fluid durch die durch [8] gekennzeichnet Hystereseerscheinungen Kavitationszone, wobei die Anzahl und die Größenverteilung von Kavitationskeime variiert. Cavitation Stärke Flüssigkeitstropfen kursieren bereits gasgefüllte Blasen, mit Dimensionen , die nicht zulassen , dass sie ihnen die Oberfläche des Wassers im Ausgleichsbehälter (zu erreichen Abbildung 1 ).

Somit basiert auf unserer Analyse können wir im Hinblick auf die hydrodynamischen Kavitation Wärmeerzeuger kann nicht als Quelle zusätzlicher Energie angesehen werden, schließen, dass. Ensemble erweitert, kollabiert und pulsierende Kavitation wird als eine Art von Energieleistungstransformator, so ist der Wirkungsgrad davon ist im Prinzip wie jeder Transformator nicht die Einheit nicht überschreiten kann.

Literatur

  1. http://www.tstu.ru/structure/kafedra/doc/maxp/eito6.doc
  2. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. - М.: Машиностроение, 1967. - 211 с.
  3. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения. - Кишинев – Черкассы: ОКО-Плюс. ,2000. - 387 с.
  4. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. - М.: Мир, 1974. - 678 с.
  5. Перник А.Д. Проблемы кавитации. - Л.: Судостроение, 1966. - 435 с.
  6. Флин Г. Физика акустической кавитации в жидкостях. В кн. Физическая акустика, // под ред. У. Мэзона, Т 1, - М.: Мир, 1967, С. 7 - 128.
  7. Сиротюк М.Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации. В кн. Мощные ультразвуковые поля, // под ред. LD Розенберга, 1968. С. 168 - 220.
  8. Васильцов Е.А., Исаков А.Я. Гистерезисные свойства кавитации // Прикладная акустика. Vol. 6. -Таганрог: ТРТИ, 1974. -С.169-175.

Druckversion
Автор: Исаков Александр Яковлевич
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Дата публикации 05.10.2006гг