Страница 56 из 72
В этом способе, отработавшая газовая масса холодная, и не содержит продуктов сгорания. Источники энергии – низкопотенциальная теплота атмосферного воздуха и гравитация, создающая статическое атмосферное давление (также как в природном стохастическом процессе). Условия для преобразования энергии атмосферы создаются при расширении сжатого воздуха, сжимаемого за счет части мощности, полученной в предыдущих периодах. Поэтому устройства, осуществляющие этот способ с использованием открытых термодинамических циклов, называются «атмосферные бестопливные струйные двигатели». Работы Б.М.Кондрашова подробно можно изучить по его патентам, № 2188960 RU F 02 C 3/32, 5/12 «Способ преобразования энергии в струйной установке (варианты), струйно-адаптивном двигателе и газогенераторе», и международная заявка на патент PCT/RU2002/000338 F 2 C 3/32 «Способ преобразования энергии в струйных двигателях» PCT WO2004/008180A1.Теоретические основы данных процессов, также развивают авторы работ по «ламинаризации» турбулентных потоков воздуха, газов и другой среды. Другими словами, кинетическая энергия среды в турбулентном потоке, не может быть нами использована полностью, пока мы не обеспечим хотя бы частичное выравнивание векторов движения частиц потока, то есть «ламинаризацию потока».
Поясним термины. Ламинарное течение среды (латинское слова «lamina» означает «пластинка» или «полоска») – это течение, при котором среда перемещается слоями без перемешивания и пульсаций, то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления, как показано на рис. 209.
Рис. 209. Ламинарный и турбулентный потоки среды (газ или жидкость)
Очевидно, что обычный поток воздуха не является ламинарной средой, так как при общей «макро – скорости», обычно, в несколько метров в секунду, в нем происходят броуновские тепловые движения молекул на «микро – скоростях» порядка 500 метров в секунду. Аналогичная ситуация наблюдается в потоках жидкости.
Простейший способ «ламинаризировать», то есть выровнять вектора движения молекул воздуха, и получить сонаправленный импульс молекул, который затем можно использовать, направив поток на турбину, это вращение со скоростями порядка 500 метров в секунду, причем надо этот поток «прижать» центробежной силой к стенке корпуса. Предположим, мы конструируем преобразователь энергии с радиусом корпуса 160 сантиметров. Длина окружности, по которой будет вращаться поток воздуха, примерно равна одному метру. Скорость 500 метров в секунду – это 30 тысяч оборотов в минуту, то есть вполне реальная техническая задача для современных электроприводов. Отсюда, все центробежные вентиляторы и насосы, частично, ламинаризируют поток среды, в результате чего, повышается их эффективность. Это мы уже рассматривали в главе о центробежных машинах, показанных на рис. 45 и рис. 47.
Перейдем к электронным преобразованиям тепловой энергии. Российские разработки в данной области запатентованы Николаем Емельяновичем Заевым, который показал возможность практического использования нелинейности ферритов и некоторых диэлектриков. Ферриты работают с поглощением тепловой энергии среды в циклах «намагничивание – размагничивание». Специальные диэлектрики, используемые в нелинейных конденсаторах «варикондах», обеспечивают избыточную энергию в циклах «заряд – разряд».
В статье «Близкая даль энергетики», Журнал Русского Физического Общества, № 1, 1991 год, Заев пишет: «Другой способ использования («концентрирования», по словам Фридриха Энгельса) рассеянной энергии может быть основан на свойстве нелинейных конденсаторов изменять свою емкость в зависимости от величины электрического поля. Хотя добавка эта обычно чрезвычайно мала, все же имеются диэлектрики, которые в таком конденсаторе обеспечивают добавку до 20 %. Следовательно, уже сейчас их КПД 120 %, и это не предел. Здесь тоже оказывается, что разрядка – не зеркальное отображение зарядки. Если теперь собрать колебательный контур с таким конденсатором и мощностью в 1000 Вт, этот контур мало того, что будет самоподдерживающимся, он будет в состоянии отдавать на сторону, на полезную нагрузку 200 Вт мощности. Нечего и говорить о том, что конденсатор этот будет охлаждаться, и к нему будет притекать тепло окружающей среды (эксэргия её станет отрицательной)».
Применение данного метода, требует развития технологии нелинейных диэлектриков, на основе сегнетоэлектриков, которые были разработаны в НИИ «Гириконд», Санкт-Петербург, под руководством Татьяны Николаевны Вербицкой. Мы обсуждали с ней перспективы развития данной технологии, хотя спрос на вариконды был у производителей специальной аппаратуры, не связанной с альтернативной энергетикой. Справочник по варикондам издан в 1958 году. Вариконды ранее производились серийно на Витебском радиозаводе.
Метод имеет свои тонкости, которые проще понять по методу механической аналогии. Представим себе процесс заряда обычного конденсатора, без диэлектрика, с двумя пластинами и зазором между ними. При заряде такого конденсатора, его пластины притягиваются друг к другу, и тем сильнее, чем больше заряд на них. При наличии у пластин конденсатора возможности двигаться, расстояние между ними уменьшится. Это соответствует увеличению емкости конденсатора, так как емкость зависит от расстояния между пластинами. Таким образам, «истратив» одно и то же количество электронов, можно получить больше запасенной энергии, если емкость увеличилась. Представьте себе, что в ведро емкостью 10 литров наливают воду. Предположим, что ведро резиновое, и в процессе его наполнения, его объем увеличивается, например, на 20 %. В итоге, сливая воду, мы получим 12 литров воды, хотя ведро при этом уменьшится, и в пустом виде будет иметь объем 10 литров. Дополнительные 2 литра, каким-то образом, в процессе «наливания воды» были «привлечены из среды», так сказать, «присоединились» к потоку.
Для электрического конденсатора, это означает, что если по мере его заряда, емкость увеличивается, то энергия поглощается из среды и преобразуется в избыточную запасаемую потенциальную электрическую энергию. Ситуация для простого плоского конденсатора с воздушным диэлектриком естественная (пластины сами собой притягиваются), а это означает, что мы можем конструировать простые механические аналоги варикондов, в которых избыточная энергия запасается в форме потенциальной энергии упругого сжатия пружины, помещенной между пластинами конденсатора. Этот цикл не может быть такой же быстродействующий, как в электронных устройствах с варикондами, но заряд, на пластинах конденсатора большого размера, может быть накоплен значительный, и устройство может генерировать большую мощность, даже при низкочастотных колебаниях. При разряде, пластины вновь расходятся на исходное расстояние, уменьшая начальную емкость конденсатора (пружина освобождается). При этом должен наблюдаться эффект охлаждения среды.
Форма зависимости диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от напряженности приложенного поля показана на графике рис. 210.
Рис. 210. Изменение емкости при изменении напряжения
На начальном участке кривой, диэлектрическая проницаемость, а значит и емкость конденсатора, увеличивается при росте напряжения, а затем она падает. Заряжать емкость надо только до максимальной величины (вершина на графике), иначе теряется эффект. Рабочий участок кривой помечен на графике рис. 210 серым цветом, изменения напряжения в цикле «заряд – разряд» должны происходить в пределах этого участка кривой. Простой «заряд-разряд» без учета максимальной рабочей точки кривой зависимости проницаемости от напряженности поля не даст ожидаемого эффекта. Эксперименты с такими «нелинейными» конденсаторами, представляется весьма перспективными для исследования, тем более, что в некоторых материалах, зависимость диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от приложенного напряжения позволяет получать не 20 %, а 50-ти кратные изменения емкости.