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La valeur calorifique du cavitation hydrodynamique

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Le rapport présente quelques - uns des aspects énergétiques qui accompagnent le travail des générateurs de chaleur de cavitation, largement annoncé comme une source très efficace de l' énergie thermique. On montre, en particulier, que l'apparition de gradients de pression et de température ultra - haute est possible que dans un spécialement préparé des liquides homogènes "purs". Dans le cadre de «technique», utilisé dans les systèmes de chauffage, selon les auteurs des effets des projets fondamentalement impossibles.

Au cours des dernières années, des revues scientifiques et techniques et de l' information d'orientation populaire, y compris l' Internet, sont dispositif hydrodynamique largement annoncé, destiné en particulier pour une utilisation dans les systèmes de chauffage locaux. Le principe de fonctionnement de ces dispositifs à première vue, il semble assez simple.
Un trait caractéristique de nombreuses descriptions de ces appareils de chauffage uniques est la quasi-absence de fondement théorique, qui n'a pas, malheureusement, de quantifier les paramètres revendiqués objectifs.

Fig. 1. Schéma de la chaudière basse [1]

Dans la Fig. 1 , à titre d'exemple, un schéma de principe de la chaudière, qui est un élément actif du rotor du générateur de chaleur par cavitation , qui est présenté comme une nouvelle génération de machines thermiques qui convertissent l'effet mécanique, électrique et acoustique sur le liquide dans la chaleur.

augmentation de la température du liquide de refroidissement se produit, d'après les auteurs, à cause des effets suivants: la conversion de l'énergie mécanique due au frottement interne qui se produit lorsque le flux de fluide de refroidissement; conversion d'énergie électrique en énergie thermique par l'effet électro-thermique et éléments chauffants; énergie hydroacoustique en énergie thermique due à la cavitation et vortex effets. Le régime Fig.2 auteurs [1] la notation suivante: 1 - le moteur électrique, 2 - cavitation générateur de chaleur, 3 - jauge, 4 - chaudière, 5 - vanne d'air, 6 - pipeline fournissant du liquide de refroidissement chauffé, 7 - capteur, 8 - bloc automatique gestion 9 - échangeur de chaleur 10 - radiateur de chauffage, 11 - un large réservoir, 12 - filtre pour liquide de refroidissement nettoyage, 13 - pompe de circulation.

Ainsi, l'élément principal du circuit 2 est un générateur de chaleur par cavitation, qui est dans ce cas d' un appareil de type rotatif, qui sont largement utilisés dans l'industrie chimique (par exemple, un dispositif rotatif de classe GART [2]). Outre les machines rotatives sont activement commercialisés et tentative de justification scientifique des dispositifs de vortex d'énergie de haute performance maintenus, construit sur la base du tube Ranka [3].

générateurs de chaleur des systèmes de cavitation, en dépit de la grande variété de noms (sur la terminologie du deuxième projet, apparemment, encore n'a pas réussi à parvenir à un accord) se compose de quatre éléments de base ( Figure 2. ): Moteur d' entraînement 1, la pompe 2, le générateur de chaleur de cavitation réelle 3, par lequel la conversion l' énergie mécanique en énergie thermique et de l' énergie thermique utilisateur 4.

Fig. 2.Tipichnaya bloc diagramme générateur de chaleur de cavitation

Schéma simplifié de bloc d'éléments 2 sont une pratique courante, pour tout système hydraulique conçu pour le transport de liquide ou de gaz.

Le principe de fonctionnement de ces transformateurs de puissance peut être vu dans la pompe publique pour l'arrosage des parterres de fleurs et les pelouses dans les zones suburbaines. Il doit être rempli avec de l'eau le pot de trois litres d'habitude et obtenir la pompe pour recueillir l'eau de la boîte et de le jeter là-bas aussi. Dans les 5 - 10 minutes pour assurer la pleine justesse de Prescott Joule James (1818-1889) sur la possibilité de la conversion du travail mécanique en chaleur. L'eau dans le pot se réchauffe. Plus l' effet lumineux est à l' entrée et la sortie de domestique aspirateur "faute". Mais il est une manifestation risquée, la température augmente si rapidement que vous ne parvenez pas à séparer l ' «entrée» et «sortie», ce qui conduira à la détérioration de l'appareil.

Le circuit de chauffage est représenté sur la Fig. 2 fonctionne comme un système de refroidissement de moteur d'automobile, seulement de résoudre le problème inverse, ne pas abaisser la température et l' augmenter. Lors du démarrage de l'installation du fluide hydraulique depuis la sortie de la cavitation hydrodynamique convertisseur d'énergie 3 par l' intermédiaire de la pompe 2 est alimentée par un court chemin vers l'entrée de la source de chaleur. Après plusieurs tirages dans un petit circuit (secondaire), lorsque la température de l'eau présélectionner relie la seconde (de travail) circuit. la température du fluide diminue, mais alors, si les paramètres système sélectionnés avec succès, est réduite à la valeur souhaitée.

De nombreux activateurs de conception annoncés par les fabricants, en fait, représente le dispositif, il travaillerait énergie cinétique du fluide. Comme les auteurs des projets disent qu'ils réussissent grâce à l'utilisation des caractéristiques de conception «spéciales» des sources de chaleur et des effets physiques «non traditionnels» pour atteindre des valeurs élevées du coefficient h> 0,9 efficacité. Dans certains cas intrigants h, selon les résultats de test, dépasse l' unité. Expliquer ces caractéristiques inhabituelles suffisamment étudiées dispositifs et processus hydrodynamiques, les chercheurs insistent sur le fait qu'ils sont capables d'utiliser les propriétés inconnues de cavitation (jusqu'à la fusion " à froid") ou des champs de torsion résultant du mouvement du liquide de rotation.

En règle générale, les sources de cavitation thermodynamique de la chaleur du système en tant que source d'énergie mécanique d' origine ont parfois une, et plus - deux moteurs électriques fournissant le système de circulation d'agent de refroidissement pour créer et maintenir les conditions d'une cavitation hydrodynamique. En d' autres termes, l'énergie E1 électrique avec les pertes k1 correspondant convertie en énergie mécanique

(2)

où k ₂ - facteur de conversion (selon la terminologie des auteurs - transformation) , l' énergie mécanique de l'écoulement de fluide de refroidissement dans son énergie interne, et l'amplitude varient, le plus souvent de 0,9 à 4. Si la valeur de k ₂@ 0,9 sous certaines simplifications théoriques peut être considéré comme élevé, mais dans une certaine mesure le réel, la valeur de k ₂ ≥ 1 nécessite des études théoriques graves. phénomène de l'énergie est expliquée par les auteurs des projets, de sorte que leur conception utilise un moyen unique pour convertir l'énergie électrique en énergie thermique à travers l'utilisation de «vide fluctuant dans une cavitation rigide" et "l'énergie des molécules d'eau."

Sans toucher à, pour des raisons évidentes, torsion et de fusion des problèmes, ainsi que l'énergie du vide physique, examiner certaines des caractéristiques de la consommation d'énergie des effets de cavitation hydrodynamique dans les processus du corps et de transfert de masse. processus d'ébullition, acoustique et cavitation hydrodynamique peut être représenté comme un phénomène de formation de phase solide, des cavités remplies de liquide compétitif dans une vapeur de fluide de travail et de gaz dissous.

Il convient de noter que le phénomène de cavitation hydrodynamique et acoustique, en dépit de plus d'un siècle d'étude est pas décrite dans son intégralité. Tous les chercheurs engagés dans des processus de cavitation conviennent que le phénomène est dans certaines de ses manifestations est pas prévisible. Les paramètres des structures d'ingénierie et appareils, dont le travail est associé à l'émergence et l' apparition de cavitation (turbines hydrauliques, des hélices marines, des pompes, agitateurs, usines de transformation), ainsi que les résultats des études théoriques sont complétées par des données expérimentales, qui sont basées sur la modélisation de la cavitation sur les stands spéciaux [4- 7]. Cependant, beaucoup de cavitation déjà connu. Au moins maintenant établi les lois fondamentales liées à son apparence et processus. Les scientifiques et les ingénieurs ont appris assez pour empêcher avec succès les manifestations destructrices (par exemple, vis supercavitation de navires) et de les utiliser dans les processus si nécessaire de détruire quelque chose, comme des particules de liquides insolubles, ou prendre des dispositions pour ne pas procéder dans les conditions normales de réactions chimiques.

Les effets de l'énergie qui accompagnent l'apparition de la phase de compétition du fluide sous pression proportionnelle à la pression de vapeur du fluide de travail, les chercheurs ont constaté depuis longtemps. En 1917 , Lord Rayleigh avait résolu le problème de la pression en développement dans le liquide lors de l'effondrement de la cavité "vide" sphérique [4]. Dans le cas d' une symétrie sphérique dans l'écoulement radial de vortex libre du fluide entourant la cavité a été obtenue par l'équation d'énergie cinétique _K L

(3)

où _p L - densité du liquide, u - la vitesse radiale à une distance arbitraire r> R à partir du centre de la _cavité, v r - vitesse radiale de la paroi de la cavité. Selon le théorème de la variation de l'énergie cinétique du fluide doit être égal au travail accompli par le poids du liquide en fermant la cavité

(4)

où - La pression dans le fluide à une certaine distance R max - rayon de la cavité au début de sa chute, R ₀ - rayon de la cavité finale. Assimilant (3) et (4), il est possible d'arriver à une équation de la vitesse de la surface sphérique de la cavité

. (5)

Par exemple, dans le cas de _R max = 10 ^-3 m = ₀ et R 10 ^-6 m et = 105 _Pa, p L = 103 kg / m ³ vitesse de la paroi de la cavité se trouve être _v r @ 1, le 4 ^Octobrex 4 m / s, ce qui est beaucoup plus élevée que la vitesse du son dans l' eau. L'amplitude de l'énergie cinétique du fluide qui remplit la cavité de la cavitation sera en conformité avec l'équation (3) la quantité de

(6)

En supposant que 10% seulement de l'énergie cinétique du liquide est convertie en chaleur, la variation maximale de la zone locale de la température de la cavité à l'écrasement sera approximativement

(7)

où c @ 4200 J / kg × K - capacité thermique spécifique de l' eau. Il est naturel de supposer que de telles températures élevées sont des processus possibles au niveau moléculaire et atomique. Nous devons supposer qu'il est semblable aux résultats des calculs de designers a conduit les générateurs de chaleur de cavitation des hypothèses sur les réactions possibles de la fusion «froide».

M. Kornfeld données obtenues pour le cas de l'apparition de la vapeur de compétition simultanément dans tout le volume du liquide, ce qui est en pratique jamais été observée. Si l' eau avait cette force, puis obtenir des dispositifs de cavitation en discussion aurait été impossible. En pratique, dans une des portions liquides spécialement préparées qui ne contiennent pas d'irrégularités, le noyau de la vapeur peut se produire en raison des fluctuations thermiques. L'augmentation du volume des noyaux de vapeur est possible dans le cas d'un liquide saturé pression de vapeur supérieure à la pression externe, soit

(9)

où _p sp - la pression des _vapeurs de liquides _saturés, L / s sp - la tension superficielle du liquide - vapeur. Le nombre de noyaux qui peuvent perdre la stabilité dans le temps unitaire par volume unitaire de liquide est déterminée par l'équation Ya Zel'dovich [5]

(10)

où n ₀ - Le nombre de noyaux formés, le F - _{facteur constant,} k B @ 1,4 × 10 ^-23 J / K - constante, T de Boltzmann - température absolue, A (R ₀₎ - le travail de nucléation

(11)

le premier terme décrit la quantité d'énergie dépensée sur la création d'une surface libre du second terme (11) - le travail de formation d' un nouveau rayon de la cavité R _0, et le troisième - le travail nécessaire pour remplir la vapeur de la cavité.
Ainsi, pour la mise en place d'un liquide homogène microinhomogeneities forces externes du travail à faire. En d' autres termes, un changement d'état du fluide, comprenant la formation de germes de cavitation est due à l' alimentation en énergie par des sources extérieures. Le noyau de cavitation résultant peut augmenter ou diminuer le volume en fonction du rapport entre la pression externe et la pression de vapeur à l' intérieur du noyau. la croissance des conditions de noyau peut être obtenue en combinant les équations (11) et (10), à savoir de l' équation (11) pour déterminer la valeur de R _0, et la remplacer par cette valeur dans la condition (9)

(12)

où 1 / t = ₀ dn / dt, t - en attente de discontinuité temporelle du volume unitaire de liquide. En supposant qu'un seul noyau de cavitation dans le volume de 1 cm ³ est formée dans un deuxième et prenant une Kornfeld @ ¹ à ¹⁰ de Mars ^{- 1} m ^{3 est} obtenu

Dans ce cas,

(12).

Conformément au point (12), la résistance à la traction se trouve être l' eau z @ 1,6 × ^{10 août} Pa, presque la moitié de la valeur théorique de Kornfeld et trois fois moins que l'équation moléculaire (8).

Comme établi expérimentalement [4 - 7], la résistance à la cavitation des liquides est de plusieurs ordres inférieurs aux valeurs théoriques. Par exemple, MG Sirotyuk [7] D. Flynn et [6] ont publié des données sur la mesure de la résistance à la cavitation distillée et l' eau du robinet purifiée. Lors de la mesure des valeurs de seuil de pression acoustique à des fréquences différentes qui ont enregistré l'apparition d'une phase de compétition, les valeurs de pression minimales ont été obtenues pour robinet non traitée l' eau _p c r @ 5 × ^Avril 10 Pa et distillés préparé l' eau _- p c r @ 4 x ¹⁰ Juillet Pa.

La figure 3. seuils de cavitation expérimentales dans l'eau [6,7]

La raison principale d'une telle grande propagation de la résistance à la cavitation de l' eau est son hétérogénéité, à savoir, présence de germes de cavitation dans celle - ci, remplie de gaz et de vapeur de liquide, en d' autres termes, l'apparition de la phase de compétition se produit au liquide déjà présent dans les noyaux du rayon critique _Rc r car ils entrent dans la zone à basse pression.

Si nous supposons que le processus d'extension du noyau a lieu sur le circuit adiabatique, la relation de l'initiale _P G ₍₀₎ et la pression actuelle de gaz _P G augmente le volume du noyau peut être présenté sur la base de l'équation de Poisson peut être représentée comme suit:

(13)

où g - l'indice adiabatique. Dans ce cas, les paramètres cinématiques entourant le noyau change son volume peut être exprimé par l'équation différentielle suivante [5]

. (14)

La valeur maximale de la composante de vitesse radiale, au lieu de l'équation (5) , il est nécessaire d'écrire la relation suivante est une première intégrale de l'équation (14)

. (15)

prise = 105 Pa, p _{G (0)}@ 1 × ^Mars 10 Pa, la valeur maximale sera la vitesse _v r (max) @ 534 m / s, ce qui est 26 fois moins hypothétique gradient de température conformément à l' équation (7) sera

(16)

que beaucoup moins de températures "thermonucléaires" visées dans les publications consacrées à cavitation générateurs de chaleur. Il convient également de garder à l' esprit que dans le chauffage des systèmes utilisent l' eau du robinet avec une forte teneur en gaz, dans lequel sont relativement grands noyaux de cavitation remplis de gaz connu. Si vous obtenez ces noyaux dans la zone centrale de basse pression va augmenter son volume à une valeur maximale, leur volume change périodiquement à la fréquence naturelle

. (18)

La cavité de cavitation de l' énergie stockée est générée en partie sous la forme d'ondes acoustiques, un coefficient de transformation de l'énergie thermique ne dépassant pas 1% de l'énergie totale de la cavité.

Il convient de garder à l' esprit, les sources de chaleur du système de cavitation hydrodynamique est Xia fermé ( Fig. 2 ), ce qui nécessite une boucle de circulation. zone liquide, basse pression passée à travers une source de chaleur pour un peu de temps à nouveau arrive. Une telle circulation du fluide à travers les phénomènes d'hystérésis de zone de cavitation , caractérisé par [8], où la distribution des germes de cavitation nombre et la taille varie. Cavitation Force gouttes liquides circulent déjà des bulles remplies de gaz, avec des dimensions qui ne leur permettent pas d'atteindre la surface de l'eau dans le vase d'expansion ( Figure 1 ).

Ainsi, sur la base de notre analyse, nous pouvons conclure que, en termes de générateurs de chaleur de cavitation hydrodynamique ne peut pas être considérée comme une source d'énergie supplémentaire. Ensemble expansion, l' effondrement et de pulsation cavitation est présenté comme une sorte de transformateur de puissance d'énergie, dont l'efficacité est, en principe, comme tout transformateur ne peut pas dépasser l' unité.

littérature

1. http://www.tstu.ru/structure/kafedra/doc/maxp/eito6.doc
2. Fridman VM matériel chimique ultrasons. - M:. Ingénierie, 1967. - 211 p.
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. Proc. Физическая акустика, // под ред. У. Мэзона, Т 1, - М.: Мир, 1967, С. 7 - 128.
7. Sirotyuk MG Des études expérimentales de cavitation ultrasonique. Proc. Haute puissance champ ultrasonore // ed. LD Rosenberg, 1968. S. 168-220.
8. Vasiltsov EA, Isakov AY propriétés hystérétiques de cavitation // Applied Acoustics. Vol. 6. Taganrog: TRTI, 1974. -S.169-175.

Version imprimable
Auteur: Isakov Alexander Y.
Adresse postale: Petropavlovsk-Kamchatsky, ul. Kluchevskaya 35 KamchatGTU,
Téléphone: Premier Vice-Recteur, cl. Téléphone 423 501 maison. tél. 426990
Date de publication 05.10.2006gg

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