CC BY
198
УДК 621.18
АКТИВИЗАЦИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЙ В ВИХРЕВЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРАХ НА ОСНОВЕ ТРУБЫ РАНКА
Б.М. Посметный, инженер, производственное предприятие «Весоизмеритель», Ю.И. Горпинко, к. т.н., преподаватель, ХУВС
Аннотация. Разработаны оригинальные конструкции вихревых кавитационных теплогенераторов, в том числе с многокаскадной схемой расширения, проведены их испытания. Исследованы изменение эффективности теплогенераторов при разогреве воды, характер связи между повышением эффективности и нарастанием интенсивности осевого направленного гамма-излучения.
Ключевые слова: сверхъединичный теплогенератор, кавитация, вихревая труба, направленное гамма- излучение.
Введение
Несмотря на длительный период исследований вихревых кавитационных теплогенераторов на основе трубы Ранка, до сих пор неясными остаются вопросы природы активизируемых в них энергий, и соответственно, достижимого уровня их полезной эффективности. Твердо не установлен также характер зависимости между интенсивностью гамма-излучения, сопутствующего работе вихревых труб, и уровнем дополнительных тепловыделений в них, не обеспечиваемых подводом энергии к приводу.
Анализ публикаций
В литературных источниках [1,2], на основании экспериментальных результатов, установлено, что избыточные тепловыделения появляются при вихревом движении потока воды, если обеспечен кавитационный режиме его течения, в ситуациях резонансного усиления звуковых колебаний, возникающих в этом потоке. О природе энергий, обеспечивающих избыточные тепловыделения и радиацию, идет активная дискуссия [3,4,5]. Высказываются смелые физические идеи, однако, на нынешнем уровне их развития, полезность теоретических моделей процессов тепловыделений для прогнозирования характеристик вихревых устройств невысока. Практически важной для исследований является необходимость учитывать наличие направленного гамма-излучения по оси работающего вихревого теплогенератора [1,3].
Схема вихревого теплогенератора, пригодного для использования в виде источника тепла, предложена Ю.С. Потаповым и включает последовательно
соединённые между собой: насос с электроприводом, технологический блок на основе вихревой трубы, бак - накопитель теплой жидкости. При включенном электродвигателе, температура теплоносителя плавно увеличивается, с темпом не более 0,1-0,5°С за один проход жидкостью технологического блока. Сверхъединичные тепловыделения по данным авторов [1,2] появляются при превышении температурой воды уровня в 63°С, что создает благоприятные условия для кавитации.
В теплогенераторах Ю.С. Потапова использована простая схема расширения в единственной вихревой трубе. В работе [6] предложены идеи многократного применения вихревого расширения. Преобразование кинетической энергии, сообщенной потоку жидкости насосом, в многоствольном теплогенераторе реализовано автором [5]. При этом используется несколько параллельно включенных вихревых труб вместо одной. Сложные схемы преобразования направлены на повышение эффективности генерации тепла. Представляет интерес оценка термодинамического совершенства сверхъединичных теплогенераторов, однако соответствующая литература нам не встречалась.
Цель и постановка задачи
Цель исследований состояла в увеличении полезной эффективности водных вихревых теплогенераторов на основе трубы Ранка, за счет схемных и конструкторских решений, с попутным уточнением резервов активизации дополнительных энергий и отслеживанием сопутствующих эффектов.
Особенности разработанных конструкций
Специалистами Харьковской ассоциации производителей измерительной техники «МЕРА» произведен соответствующий цикл работ. Базой для улучшения характеристик вихревых теплогенераторов послужили новые конструкторские решения, предложенные Б.М. Посметным. Существенный эффект дали: применение оригинального устройства, обеспечивающего создание вихревого потока воды, а также использование щелевых спрямите-лей потока для выполнения функции тормозных устройств, что позволило реализовать многокаскадную, многоствольную компоновку технологического блока. В многокаскадной схеме преобразования основная вихревая труба устанавливается непосредственно после насоса, в другие - подается вода, уже отработавшая в одной, или нескольких вихревых трубах.
Применение указанных приемов, как по отдельности, так и в комбинации, позволило создать оригинальные вихревые теплогенераторы широкого спектра полезной эффективности в интервале от 80 до 300% и исследовать их характеристики. В испытательном стенде была использована классическая схема теплогенератора Ю.С. Потапова [3]. Ее достоинством при проведении исследований является то, что по нагреву значительного количества воды в накопительном баке могут быть достоверно определены простыми измерительными средствами средние выделения тепла за длительное время.
Эффективность разогрева воды
Экспериментальные данные об эффективности многокаскадного теплогенератора при разогреве воды представлены на рис. 1
^ ----------------------------------------
3
2
1
0 25 50 75 Т,°С
Рис. 1. Зависимости достижимой эффективности многокаскадного теплогенератора от температуры воды, подаваемой в технологический блок
Ординатой графика является соотношение выделенной в генераторе теплоты и эквивалента затраченной на ее получение электроэнергии. Из графика видно, что зависимость эффективности теплогенератора от температуры воды имеет монотонный характер; чем ниже температура воды на подаче в технологический блок, тем более высокая полезная эффективность достижима. Аналогичные зависимости для одноствольных теплогенераторов качественно имеют такой же вид. Таким образом, в процессе испытаний было выявлено существенное отличие, по сравнению с результатами [1, 2] о характере зависимости достижимой эффективности теплогенератора от температуры воды на входе в технологический блок.
Сопутствующие эффекты
В процессе испытаний оригинальных теплогенераторов установлено, что интенсивность направленного гамма-излучения нарастает вместе с увеличением их полезной эффективности по выработке тепла (см. рис. 2).
■у, мкРг/час 60
40
20
0 12 3 и
Рис. 2. Зависимость интенсивности направленного гамма-излучения по оси основной трубы многокаскадного теплогенератора от его полной эффективности по выработке теплоты
Дополнительные трубы каскадного теплогенератора также являются источниками направленного гамма-излучения. Суммарная интенсивность гамма-излучения, по всем дополнительным трубам составляет приблизительно такую же величину, как по одной основной трубе. Таким образом, излучение от эффективного теплогенератора на основе трубы Ранка повышает естественный радиационный фон помещения в 5-10 раз и более.
Вырабатывающий теплоту вихревой кавитационный генератор оказывает вредное воздействие на органические ткани людей. Вблизи поверхности вихревой трубы кожа быстро становится сухой, жёсткой с последующим зудом и шелушением. Какое-то влияние ощущают и животные, после включения генератора, кошки и собаки находящиеся в этом помещении активно стремятся покинуть его.
Оценка термодинамической эффективности теплогенераторов на основе трубы Ранка
На первый взгляд такая оценка не представляется сложной. В качестве термодинамической системы выберем здание, отапливаемое вихревым генератором. Здание получает теплоту от воды в накопительном баке, подогреваемой теплогенератором в интервале температур 70-80°С. Повышение температуры воды за один проход через блок вихревых труб не превышает величины в 0,5°С, при значительной интенсивности теплоотдачи к конструктивным элементам. Поскольку теплоемкость воды является достаточно стабильной величиной, можно предположить, что теплый источник имеет переменную температуру интервала 70-80°С; количество теплоты, отдаваемое от него в систему, приблизительно линейно зависит от температуры. В такой ситуации допустимо оценивать характеристики цикла при средней температуре теплого источника. Холодным источником является окружающая среда; принято, что его температура равна -10°С. Она является заведомо более низкой, по сравнению со средней температурой атмосферы в течение отопительного сезона. Такие климатические условия соответствуют месту проведения экспериментов - городу Харьков.
Чтобы стабилизировать температуру в здании достаточно использовать тепловой насос, обеспечивающий передачу атмосферного тепла с повышением его температурного потенциала от -10 до +75°С. Производительность насоса должна точно соответствовать потерям теплоты через строительные конструкции здания. В качестве базы для сравнения выберем тепловой насос, работающий по обратному циклу Карно. Полезную эффективность идеального теплового насоса, определим как отношение выработанной им теплоты на уровне теплого источника, к тепловому эквиваленту затраченной в его цикле работы. Ее значение может быть рассчитано по формуле (1).
е = Г7(7™- 7™), (1)
где, 7™, 7™ - температура, соответственно, теплого и холодного источников, в градусах Кельвина.
Расчетная эффект вность теплового насоса Карно составит около 410%, что значительно превышает экспериментально установленную эффективность представляемого многокаскадного теплогенератора. С точки зрения сопоставления потребительских характеристик различных источников теплоснабжения, результаты приведенного анализа обеспечивают вполне практичный прогноз. Однако существуют теоретические проблемы, связанные с тем, что кавитационные пузыри, обеспечивающие нагрев воды, скорее всего, имеют на порядки более высокую температуру, по сравнению с началь-
ными предположениями о характеристиках теплого источника. Возможно, эти проблемы заинтересуют специалистов по термодинамике.
Выводы
Потенциал активизации дополнительных энергий в вихревой трубе с водным рабочим телом, имеет значительные резервы. Однако, вместе с повышением полезной эффективности генерации тепла, нарастает и интенсивность гамма-излучения, и степень отрицательного биологического влияния на людей и животных.
До проведения фундаментальной экологической экспертизы, разработчики ассоциации «Мера» отказались от производства и реализации изделий этого класса в качестве источников теплоснабжения. Считаем, что сверхъединичные теплогенераторы на основе труб Ранка представляют интерес, прежде всего, для фундаментальных исследований.
Литература
1. Фоминский Л.П. Сверхъединичные теплогене-
раторы против Римского клуба. - Черкассы: «ОКО-Плюс». - 2003. - 424 с.
2. Патент Украши № 47535, МПК Б 24 13/00.
Споаб одержання тепла./ Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. // Бюл. №7. 2002. Приор. вщ 18. 05. 2000 р.
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. Ларионов Л.В. Явление кавитации и проблема
генерации тепла в жидкости // «Взрывоопасные материалы и пиротехника. / Научно-технический сборник. - М.: МОП РФ. -1996. - Вып. 3-4.
5. Патент Российской Федерации ЯИ 02204089 С2,
МПК Б 24 13/00. Универсальная генерирующая установка / Назырова Н.И., Сярг А.В., Леонов М.П. // Приоритет от 26.07.2001. Публикация 27.03.2003.
6. Патент Российской Федерации ЯИ 02201560 С2,
МПК Б 24 13/00. / Бритвин Л.Н. // Приоритет от 10.04.2001. Публикация 27.03.2003.
7. Патент Российской Федерации ЯИ 2132517 С1,
МПК Б Н 3/02 / Мустафаев Р.И. // Приоритет от 20.08.97. Публикация 27.06.99.
Рецензент: М.А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 7 января 2005 г.
