| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2114326
СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ В струменевих ВСТАНОВЛЕННЯ ЕНЕРГІЇ ПОТОКУ
У ТЕПЛОВУ ЕНЕРГІЮ
Ім'я винахідника: Фісенко Володимир Володимирович
Ім'я патентовласника: Фісенко Володимир Володимирович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.12.30
Спосіб може бути використаний для нагріву перекачується. У двухфазном потоці формують надзвуковий режим його перебігу, а потім двофазний потік гальмують з формуванням в ньому стрибка тиску з переходом в стрибку тиску двухфазного потоку в рідинної потік з мікроскопічними парогазовими бульбашками і нагріванням рідини в процесі стрибкоподібного перетворення двухфазного потоку в рідинної. Даний спосіб дозволяє підвищити ефективність використання енергії потоку.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області струменевого техніки, переважно до струменевих та насосноежекторним установкам, які можуть бути використані для нагріву перекачується з одночасною організацією її транспортування або циркуляції.
Відомий спосіб перетворення енергії потоку в теплову енергію шляхом перетворення кінетичної енергії потоку в теплову за рахунок тертя рідини об стінки профільованого каналу (SU, авт. Св. 631 761, кл F 25 B 29/00, 1978).
В даному способі, шляхом прокачування рідини через спеціальним чином спрофільовані канали домагаються нагріву рідини. Однак в цьому способі не вдається ефективно перетворювати енергію механічну в енергію теплову, що веде до недостатньо високому ККД перетворення і, як наслідок, до відсутності широкого використання установок, заснованих на даному способі.
Відомий і інший спосіб перетворення в струменевого установці енергії потоку в теплову енергію, що включає перетворення однофазного рідинного потоку в двофазний і подальше зворотне перетворення потоку в однофазний шляхом гальмування потоку з підвищенням тиску в ньому супроводжується зростанням температури рідинного потоку (Петров В.І., Чебаевскій В .Ф. Кавітація в високооборотних лопатевих насосах. - М: Машинобудування, 1982, с.5).
Даний спосіб перетворення є найбільш близьким до винаходу по технічній сутності і досягається результату. В даному способі перетворення енергії нагрів рідини здійснюється за рахунок інтенсивного стиснення парогазових кавітаційних каверн при підвищенні тиску в потоці, що супроводжується "термодинамічних" нагріванням стиснення газу і від останнього рідини, як джерела перенесення тепла. Однак інтенсивність переходу двухфазного потоку в однофазний, що проходить, як правило, в плавно розширюються каналах недостатньо велика, в зв'язку в чому мають місце різного роду втрати і неповнота використання внутрішньої енергії переходу однофазного потоку в двофазний і назад, що значно знижує ефект нагрівання рідини.
Завданням, на вирішення якої спрямовано даний винахід, є підвищення ефективності використання енергії потоку при перетворенні його енергії в теплову енергію нагріву рідини.
Зазначена задача досягається тим, що в способі перетворення в струменевого установці енергії потоку в теплову енергію, що включає перетворення однофазного рідинного потоку в двофазний і подальше зворотне перетворення потоку в однофазний шляхом гальмування потоку з підвищенням тиску в ньому, що супроводжується зростанням температури рідинного потоку, двофазний потік розганяють до організації надзвукового режиму течії двофазного потоку, а далі, шляхом гальмування потоку, організовують стрибок тиску з різким переходом в стрибку тиску двухфазного потоку в практично однофазний з виділенням за рахунок такої організації процесу перетворення двухфазного потоку в однофазний додаткового теплового імпульсу. Подальше зростання теплового імпульсу може бути досягнутий за рахунок того, що рідина, яку використовують для отримання тепла, попередньо дегазируют.
Як відомо з закону збереження енергії для потоку рідини, в якому початок координат безперервно збігається з центом тяжкості рухається елемента рідини і, отже, останній нерухомий щодо системи координат, слід (для 1 кг рідини)
dg = di - vdp + dg тр, (1)
де
g - загальна кількість тепла або повна енергія елемента рідини;
i - ентальпія елемента рідини;
v - обсяг елемента рідини;
p - тиск в потоці рідини;
g тр - енергія тертя елемента рідини.
З огляду на, що di = du + d (pv), (2)
де
u - внутрішня енергія елемента рідини, а 
де
k - показник ізоентропа стисливої рідини, загальна кількість тепла, яке може бути отримано в адіабатно ізольованій системі може бути представлено в наступному вигляді: 
У разі, якщо потік чисто рідинної k _-> 
(Реально для води 
, А dv = 0
dq = dq тр
Саме це ми і спостерігаємо в технічному рішенні по авт.св. СРСР N шістсот тридцять одна тисяча сімсот шістьдесят-один.
Інша залежить від потоці однорідної двухфазной суміші, яка з газодинамічної точки зору є середовищем сжимаемой і навіть більше сжимаемой, ніж чистий газ і показник ізоентропа в ній є функцією показника ізоентропа газу і об'ємного співвідношенні фаз в суміші (Фісенко В.В. Критичні двофазні потоки . -М: Атомиздат, 1978) і в залежності від об'ємного співвідношення фаз (для води), при звичайних умовах коефіцієнт ізоентропа буде змінюватися від k = 22000 (рідинної потік) до k = 1,285 (газовий потік) (фіг.3).
 |
 |
 |
 |
Таким чином, беручи до уваги вищесказане і рівняння (4) можна бачити, що від величини k буде залежати кількість тепла, яке може бути отримано в двофазної системі. У зв'язку з цим зрозуміло збільшення одержуваного тепла при переході потоку з однофазного рідинного в двофазний і назад, що і спостерігається в технічному рішенні найбільш близькому до описуваного винаходу.
Однак, як показали проведені дослідження, істотне значення має механізм переходу в двофазне стан, механізм течії в двофазному стані і механізм переходу до однофаз станом. Суттєве значення і має однорідність отриманого двухфазного потоку, що досягається за рахунок того, що в процесі перетворення однофазного потоку в двофазний останній розганяється до надзвукової швидкості, причому розгін до надзвукової швидкості дозволяє в більш широкому діапазоні варіювати газосодержание потоку при менших енергетичних витратах. Не менш важливе значення для підвищення ефективності тепловиділення має процес гальмування потоку з переходом потоку в практично однофазний або, що більш точно, в рідинної потік з мікроскопічними парогазовими бульбашками.
У процесі гальмування в двофазному потоці організовують стрибок тиску зі зниженням швидкості до дозвукового значення. Пропорційно зростанню тиску збільшується кількість рідкої фази, причому різке зростання тиску (стрибкоподібне зростання) призводить до структурної перебудови в рідини, що сприяє виділенню більшої кількості тепла в порівнянні з найбільш близьким аналогом. Подальше виділення тепла відбуватиметься в основному в тепловиділяючих пристрої, наприклад батареї водяного опалення, в міру того, як в рідинному потоці будуть схлопуватися мікроскопічні парогазові бульбашки, за рахунок додаткового гальмування потоку.
Слід і відзначити, що можлива різна організація першого етапу перетворення, а саме етапу перетворення рідини в двофазний потік, так як таке перетворення можна провести шляхом електролізу, коли газова фаза в потоці рідини виникає в результаті впливу на нього електрики, можна використовувати хімічні властивості рідини по виділенню газової фази, можливо тепловий вплив на потік рідини і можливо, як описано вище, геометричне вплив на потік, коли організовують протягом потоку рідини в строго спрофільоване каналі, що дозволяє заздалегідь заданим чином змінювати тиск в потоці і швидкість потоку. У цьому випадку доцільно проводити перетворення рідинного потоку в двофазний в звуженні, виконаному у вигляді перфорованої пластини (решітки) з заздалегідь розрахованими числом отворів і прохідним перетином цих отворів.
Таким чином, описуваний спосіб перетворення енергії потоку в теплову енергію дозволяє домогтися виконання поставленого завдання - збільшення нагріву рідини без збільшення підведеної енергії, тобто підвищити ефективність перетворення енергії.
На фіг. 1 показана принципова схема установки, в якій може бути реалізований описуваний спосіб перетворення енергії, на фіг.2 представлено схематично одне з струменевих пристроїв, в якому можна проводити описані вище перетворення рідинного потоку з показаними нижче графіками зміни тиску (P), швидкості (W) , і газосодержания 
потоку уздовж струминного пристрою, на фіг.3 представлена залежність зміни коефіцієнта ізоентропа від зміни газосодержания ( *) Потоку і на фіг. 4 представлена залежність зміни коефіцієнта A в залежності від зміни коефіцієнта ізоентропа.
Струменевий установка для реалізації описуваного способу перетворення містить насос 1, підключений виходом до струменевого пристрою - генератору тепла 2, яке своїм виходом підключено до тепловиділяючих пристрою 3, наприклад батареї водяного опалення будь-якого приміщення. Тепловиділяючих пристрій 3 в свою чергу підключений до входу насоса 1 і до струменевого пристрою 2.
Установка, в якій реалізований описуваний спосіб перетворення енергії, працює таким чином.
Насос 1 подає рідину в струминне пристрій - генератор тепла 2. Поступово в генератор тепла 2, рідинної потік між перетинами I і II (фіг.2), протікаючи через звуження, розганяється. При цьому тиск в потоці падає. У перетині II (мінімальний перетин) потік досягає максимальної швидкості і, відповідно, тиск в ньому досягає свого мінімального значення, причому величина тиску стає нижче тиску насичених парів рідини, в результаті чого рідинної потік перетвориться в двофазний потік. Далі між перетинами II і III в результаті зростання об'ємного газосодержания в двофазному потоці і за рахунок цього підтримки абсолютної величини швидкості постійної спочатку формують надзвуковий режим течії з утворенням однорідного двофазного потоку, а далі, в міру руху двофазного потоку в розширенні каналі, знижують швидкість звуку в потоці до величини, при якій формують в потоці стрибок тиску. Цей процес відбувається поблизу перетину III. Як результат двофазний потік перетворюється в практично однорідний рідинної потік з мікроскопічними парогазовими бульбашками. В результаті різкого схлопування в стрибку тиску парогазових бульбашок двофазного потоку, супроводжуваного швидким зростанням тиску стиснення парогаза досягає декількох тисяч атмосфер, в останніх відбувається реструктуризація молекулярних зв'язків речовини або речовин, що утворюють рідинної потік, що викликає вивільнення енергії міжмолекулярних зв'язків, що виражається в нагріванні рідини, що утворює рідинної потік після перетину III. Оскільки в струминне пристрій - генератор тепла 2 рідина постійно подається, то останній безперервно генерує тепло, причому за рахунок схлопування мікроскопічних бульбашок рідинного потоку в тепловиділяючих пристрої 3 досягається додатковий нагрів рідини. З тепловиділяючого пристрої 3 рідина може направлятися, в залежності від вимог по величині її нагрівання, або в насос 1, або відразу в генератор тепла 2, або частково і в насос 1 і в струминне пристрій - генератор тепла 2 одночасно.
Повертаючись до формули 4, можна помітити, що ефективність роботи струминного пристрою - генератора тепла 2 тим більше, чим менше показник ізоентропа однорідної двухфазной суміші. Останній, в свою чергу, за інших рівних умов тим менше, чим менше показник ізоентропа газу, що входить до складу двофазного середовища. Звідси випливає, що ефект виділення тепла тим більше, чим більше атомів в молекулі речовини, яке служить джерелом отримання тепла. Одним з методів, який може дозволити домогтися цього, може бути попередня дегазація рідини, яка використовується для отримання тепла. Покажемо це на прикладі води. Молекула води складається з трьох атомів, в той час як майже всі гази, розчинені у воді, є двохатомними (в основному це азот і кисень повітря). Тому, якщо попередньо дегазувати воду, то при перекладі води з рідкого стану в двофазне бульбашки будуть заповнені в основному парами води, тобто триатомним газом, що і дозволяє отримати більшу кількість тепла.
Як показали проведені дослідження, максимальне, теоретично досяжне, відносне збільшення отримання тепла в генераторі тепла 2 дорівнюватиме 
де
Q - кількість одержуваного тепла;
N e - підведена електрична потужність електродвигуна насоса; 
- Гідравлічний ККД насоса;
A - експериментально отриманий коефіцієнт.
На фіг.4 як приклад приведена залежність величини коефіцієнта A від показника ізоентропа двухфазной суміші k для води (крива 1), для рідини з числом атомів в молекулі дорівнює 22 (крива 2) і для двофазної суміші з бульбашками, заповненими в основному двоатомний газом . З даного графіка видно, що підбором рідини, що циркулює через генератор тепла 2, і дегазацією рідини можна збільшити кількість одержуваного в установці тепла.
Цей винахід може бути використано в автономних тепловиділяючих установках для опалення приміщень різного призначення, де відсутнє централізоване опалення будинків, а й для отримання гарячої води для побутових і технічних цілей.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб перетворення в струменевого установці енергії потоку рідини в теплову енергію, що включає перетворення однофазного рідинного потоку в двофазний і подальше зворотне перетворення потоку в однофазний шляхом гальмування потоку з підвищенням тиску в ньому, що супроводжується зростанням температури рідинного потоку, який відрізняється тим, що в двофазному потоці формують надзвуковий режим його перебігу, а потім двофазний потік гальмують з формуванням в ньому стрибка тиску з переходом в стрибку двухфазного потоку в рідинної потік з мікроскопічними парогазовими бульбашками і нагріванням рідини в процесі стрибкоподібного перетворення двухфазного потоку в рідинної.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що організовують схлопування мікроскопічних бульбашок в тепловиділяючих пристрої шляхом додаткового гальмування рідинного потоку в ньому з виділенням за рахунок цього додаткової кількості тепла.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що рідина перед її перетворенням в двофазний потік дегазируют або деаерують.
Версія для друку
Дата публікації 29.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.