“Salus populi suprema lex est”
Международное общественное объединение

1872 - 2017

Russian Physical Society, International

Международное общественное объединение Русское Физическое Общество (сокращённо – РусФО, RusPhS) - добровольное объединение учёных, инженерно-технической интеллигенции, изобретателей, предпринимателей для совместной интеллектуальной и научно-практической деятельности в области естествознания, - науки о природе.
Научная цель: построение единой физической картины мира и поиск основной целевой функции человечества.

Опарин Е.Г. Обоснование НИР и ОКР на разработку безтопливного двигателя


ОБОСНОВАНИЕ НИР И ОКР НА РАЗРАБОТКУ БЕЗТОПЛИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ


ОПАРИН Е.Г.

 

 

В настоящее время трудно найти область, где бы не использовались тепловые электростанции и двигатели внутреннего сгорания. Для работы этих тепловых электростанций и двигателей внутреннего сгорания сжигают разнообразное органическое топливо: каменный уголь, содержащий серу и другие компоненты, при сжигании которых образуются ядовитые вещества, природный газ, нефть и нефтепродукты и выбрасывают в атмосферу вредные, ядовитые продукты горения. Кроме того, тепловые двигатели вносят тепловое загрязнение в окружающую среду, нагревая атмосферу Земли.
Ешё Д.И. Менделеев указывал: «Нефть - ценнейшее химическое сырьё. Её надо беречь. А котлы топить можно и ассигнациями».

А можно ли получать механическую работу, не топя котлы ни углём, ни природным газом, ни нефтью, ни ассигнациями? «Можно!» - ответил К.Э. Циолковский ещё в 1928 году, заявив: «Только наше невежество заставляет нас пользоваться ископаемым топливом» [1].

Заявляя об этом, К.Э. Циолковский прекрасно знал, что классическая теоретическая физика и термодинамика утверждают, что вопрос о том, быть или не быть вечному двигателю второго рода, решён раз и навсегда, окончательно и бесповоротно - введением постулата о принципиальной невозможности создания вечного двигателя второго рода и возведением этого постулата в ранг всеобщего физического принципа. Классическая теоретическая физика и термодинамика принимают невозможность получения работы от одного источника тепла (от одного «теплового резервуара») в качестве постулата.

Однако, К.З. Циолковский ещё более ста лет тому назад, в 1897 году, показал, что этот постулат не может быть всеобщим, а является ограниченным в потенциальных полях, в частности - в поле тяжести [2]. Позднее, в 1914 году, К.Э. Циолковский развил эту идею в работе «Второе начало термодинамики» [3]. Анализ этой работы К.Э. Циолковского, проведённый нами в 1991 году [4], показал, что К.Э. Циолковский сделал открытие, обосновав его безупречно в научном отношении.

К.З. Циолковский убедительно показал, что введением постулата о принципиальной невозможности создания и существования в природе вечного двигателя второго рода, вопрос о том - быть или не быть вечному двигателю второго рода, лишь поставлен к обсуждению. При возведении же этого постулата в абсолют, во всеобщий физический принцип, якобы справедливый при всех возможных условиях, была допущена совершенно необоснованная индукция, в соответствии с которой принцип Карно, якобы, применим ко всем тепловым двигателям, преобразующим тепло в работу.

К.Э. Циолковский показал, что потенциальное поле, в частности - поле тяжести, является лишь одним из условий ограниченности второго начала термодинамики. Об условиях, при которых возникает ограниченность второго начала термодинамики К.Э. Циолковский писал: «Вероятно, их сколько угодно ... может быть это тяжесть, а может быть и молекулярные силы» [3].

Таким образом, К.Э. Циолковский с гениальной прозорливостью показал, что «... и молекулярные силы» могут приводить к ограниченности второго начала термодинамики, которое указывает на принципиальную невозможность реализации безтопливного двигателя (вечного двигателя второго рода).

Целью предлагаемых ниже НИР, ОКР является «воплощение в металл» преданного забвению открытия К.Э. Циолковского, То есть разработка, изготовление, испытание безтопливного двигателя (не вносящего теплового загрязнения в окружающую среду) и оптимизация его параметров. Безтопливный двигатель основан на открытии К.Э. Циолковского, точнее - на использовании периодического действия молекулярных сил, под действием которых рабочее тело периодически во время рабочего цикла совершает двойной фазовый переход: пар- жидкость - пар. В результате чего давление, оказываемое на поршень тепловой машины, периодически изменяется. Это позволяет преобразовывать тепло в работу без холодильника, То есть от одного источника тепла (теплового резервуара), вопреки второму началу термодинамики.

Классическая термодинамика накладывает ограничение на преобразование тепла в работу даже идеальной тепловой машиной. На основании принципа Карно классическая термодинамика утверждает, что преобразование тепла в работу возможно лишь при наличии холодильника и при наличии разности температур между нагревателем и холодильником. При этом даже идеальная тепловая машина, работающая при наличии разности температур, не может идеально, полностью, то есть стопроцентно (с коэффициентом преобразования, равным единице) преобразовывать тепло в работу, так как в этом случае в работу преобразуется лишь часть тепла от нагревателя, а остальная часть тепла обязательно безвозвратно передаётся холодильнику. При этом коэффициент преобразования, или коэффициент полезного действия, не может быть больше кпд цикла Карно. Этот вывод классической термодинамики основан на анализе работы циклической тепловой машины, имеющей холодильник, в которой постоянное во времени рабочее тело тепловой машины совершает круговой цикл, возвращаясь в конце цикла в первоначальное исходное состояние. Как классическая, так и техническая термодинамика рассматривают следующие циклы: цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, цикл Клайперона, состоящий из двух изотерм и двух изохор, а также цикл Клаузиуса-Ранкина, состоящий из двух изотерм-изобар, адиабаты и изохоры.

Обобщая отмеченные выше циклы (в которых давление рабочего тела периодически изменяется только под действием температуры нагревателя и холодильника, то есть обязательным условием которых является наличие двух изотерм, то есть разности температур), классическая и техническая термодинамика делают вывод: идеальная тепловая машина преобразует тепло в работу не идеально (то есть с кпд, равным единице), а лишь частично, обязательно безвозвратно передавая часть тепла холодильнику. Этот вывод, естественно, вытекает из рассмотрения обратимого цикла Карно и из теоремы Карно.

Однако, при этом классическая и техническая термодинамика в упор не видят - при каких условиях рассматривается цикл Карно и при каких условиях «доказана» теорема Карно.
В доказательстве теоремы Карно, в качестве рабочего тела рассматривается лишь идеальный газ, то есть идеальная модель газа, в котором не учитываются молекулярные силы и молекулярные взаимодействия, да, кроме того, и количество этого идеального газа во время рабочего цикла остаётся неизменным.

А если принять во внимание молекулярные силы, на необходимость учёта которых указывал К.Э. Циолковский, которые периодически во время рабочего цикла могут оказывать различное влияние на давление рабочего тела, периодически изменяя его состав и концентрацию, а следовательно - и давление рабочего тела, то можно получить выводы, отличные от выводов Карно, которые легли в основу классической термодинамики.
Классическая термодинамика утверждает, что энтропия системы является однозначной функцией состояния системы и не зависит от выбора рабочего вещества. Это означает, что для любого равновесного кругового процесса

О∫ δQ/T = 0.

Доказательства однозначности энтропии и невозможности вечного двигателя второго poда приводятся в различных курсах термодинамики (см., например, [5,6,7]). Так, профессор И.П. Базаров привёл следующее доказательство невозможности вечного двигателя второго рода: «... если бы энтропия была бы неоднозначной функцией состояния, то можно было бы осуществить вечный двигатель второго рода. В самом деле, неоднозначность энтропии означает, что две различные адиабаты S1 и S2 могут пересекаться и, следовательно, возможен круговой процесс, изображённый отрезком изотермы 1-2 и отрезком пересекающихся адиабат 2-3 и 3-1 (рис. 7) Если на участке изотермического процесса 1-2 такого цикла у термостата берётся теплота Q (Q > 0), то, по первому началу за счёт этой теплоты за цикл производится положительная работа W = Q = О∫δQ; и мы имеем, таким образом, вечный двигатель второго рода. Невозможность вечного двигателя второго рода приводит к невозможности пересечения адиабат, то есть к однозначности энтропии ... Положение о существовании у всякой термодинамической системы новой однозначной функции состояния - энтропии S, которая при адиабатических равновесных процессах не изменяется, и составляет содержание второго начала термодинамики для равновесных процессов» [7].

Следовательно, для того чтобы создать предельно простой вечный двигатель второго рода (о невозможности которого более 150 лет твердит классическая термодинамика) необходимо и достаточно искусственно создать условия, при которых пересекались бы две адиабаты.

Профессор А.П. Базаров совершенно прав: «... две различные адиабаты S1 и S2 не могут пересекаться», и никто не собирается ни опровергать, ни ниспровергать это утверждение.

Но при доказательствах однозначности энтропии (в том числе и И.П. Базаровым) не учитывается - при каких условиях справедливо утверждение об однозначности энтропии и молчаливо полагается, что это утверждение справедливо при всех возможных условиях.

Однако, это утверждение справедливо лишь при условии, если рабочим телом тепловой машины является идеальный газ, да к тому же масса которого постоянна. Если же в адиабатическом равновесном процессе применяется не идеальный газ, масса которого постоянна, а реальный газ, масса которого (а следовательно - и концентрация пара) изменяется, изменяя давление на поршень (ведь давление на поршень тепловой машины оказывает лишь газ), то в этом случае две адиабаты не могут не пересекаться.

Следовательно, в этом случае возможно осуществить замкнутый термодинамический равновесный круговой процесс, состоящий из одной изотермы и двух адиабат. Это значит, что возможно преобразование тепла в работу лишь от одного термостата, то есть при отсутствии холодильника и, следовательно, без передачи тепла холодильнику.

В соответствии с молекулярно-кинетической теорией, давление, оказываемое на поршень тепловой машины, может изменяться не только от изменения температуры идеального газа. Если рабочим телом тепловой машины является реальный газ (пар), масса которого периодически изменяется, то давление на поршень тепловой машины можно получать от периодического изменения концентрации газа, обусловленного периодическим растворением газа и его выделением из раствора, - посредством периодической химической реакции или периодического образования и распада соединений включения с выделением газа, или посредством периодического образования двойного фазового перехода: пар - жидкость - пар.

Рассмотрим частный случай, когда рабочим телом идеальной тепловой машины является не идеальный газ, а реальный газ (пар), масса которого во время рабочего цикла периодически изменяется в результате периодически совершающегося, во время рабочего цикла, двойного фазового перехода: пар - жидкость - пар.

Такой частный случай не рассматривает ни классическая, ни техническая термодинамика, так как они рассматривают лишь идеальную тепловую машину с рабочим телом постоянной массы.
Известно, что при адиабатическом расширении влажного пара вблизи линии насыщения (правой пограничной кривой) с уменьшением температуры пара происходит его конденсация, что приводит к уменьшению сухости пара и, следовательно, - к изменению массы пара (см., например, [8]). Это и позволяет получить пересечение двух адиабат, что для идеального газа принципиально невозможно. Учитывая этот известный факт, рассмотрим следующий мысленный эксперимент и проследим следующую последовательность операций.

Пусть имеется вертикально расположенный цилиндр с подвижным поршнем, объём которого соединён с дополнительным объёмом V с помощью клапана К (рис 1a). Пусть объём V заполнен жидкостью, массой 1 кг, занимающей объём Vж с температурой Т0. Причём, температура Т0 меньше или равна критической температуре для жидкости, находящейся в объёме V (Т0 ≤ Ткр). Пусть в исходном состоянии поршень находится в крайнем нижнем положении и вызывает в цилиндре и объёме V (приоткрытом кране К) давление Р0

            Рис. 1. Схема изменения состояний реального газа (пара), совершающего двойной фазовый переход: пар - жидкость - пар


1. Поместим цилиндр с дополнительным объёмом V в термостат с температурой Т0. В системе установится термодинамическое равновесие и при постоянном давлении Р0, соответствующем температуре Т0, жидкость полностью вскипит, объём цилиндра при постоянном давлении Р0 увеличится до значения V0 и состояние пара будет P0, V0, Т0 со степенью сухости х = 1 (рис 1б). Это состояние пара на РV-диаграмме изобразится точкой на правой пограничной кривой со степенью сухости пара х = 1 (рис. 2, точка 1).
2. Произведём адиабатическое расширение образовавшегося пара до объёма V1 (рис. 1в). При этом пар перейдёт в состояние Р1, V1, Т1 (точка 2 на рис. 2). В результате будет получена полезная работа Aaд.1 , величина которой равна численно площади, ограниченной кривой адиабаты расширения пара, ординатами V0 и V1 и осью абсцисс V. Как отмечалось выше, при охлаждении газа до температуры Т1 происходит конденсация пара и уменьшение сухости пара до величины х < 1, например до х = 0,5. То есть при увеличении объёма от V0 до V1 под поршнем останется лишь х = 0,5 кг пара. При этом конденсируется (1 - х) кг = 0,5 кг жидкости с температурой Тж, близкой к температуре пара Т1ж ≈Т1 < Т0).
Если произвести адиабатическое сжатие конденсата от объёма V1 до V0, то при нагревании газа при адиабатическом сжатии образовавшаяся при конденсации жидкость полностью вскипит и пар перейдёт в состояние P0, V0, Т0 по той же кривой, по которой происходило адиабатическое расширение пара. То есть цикла на РV-диаграмме не образуется и полученная полезная работа Аад.l будет в точности равна работе, затраченной на адиабатическое сжатие конденсата. В этом случае:


О∫ δQ/T = 0

 

3. Но так как плотность жидкости с температурой, меньшей критической (Тж < Ткр), значительно больше плотности пара, то жидкость и пар легко разделить с помощью сепаратора. Простейшее разделение жидкости и пара без затраты работы можно осушествить в поле тяжести: более плотная, жидкость займёт нижнюю часть сосуда (Рис. 1в). После разделения жидкой и газообразной фаз, закроем кран К (термоизолируем жидкую и газообразную фазы). После изоляции жидкой и газообразной фаз при термоизоляции цилиндра от термостата и холодильника произведём адиабатическое сжатие оставшегося под поршнем пара х = 0,5 кг до первоначального объёма V0. В результате этого, состояние пара из точки 2 перейдёт в состояние (0,5·Р0, V0, Т2), точка 3 на рис. 2.  

 

         Рис. 2. PV-диаграмма фазового перехода между жидкостью и паром для 1 кг ксенона
(Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., «Наука», 1972)


В этом состоянии, в отличие от первоначального состояния, давление пара будет составлять лишь х·Р0 = 0,5·Р0, а объём и температура пара примут значение V0 и Т2. При этом на сжатие х = 0,5 кг пара необходимо затратить работу Аад.2. Эта работа будет меньше полезной работы, полученной при расширении пара Aaд.1, так как при расширении пара на поршень оказывает давление пар, масса которого изменяется при изменении объёма от 1 кг до 0,5 кг, а при адиабатическом сжатии масса пара на протяжении всего сжатия остаётся постоянной, равной 0,5 кг, так как пар термоизолирован от жидкости; и увеличение температуры пара при сжатии не вызывает испарения жидкости.

4. Зафиксируем значение объёма V0 и установим тепловой контакт жидкости с паром (откроем кран К) и поместим цилиндр с объёмом V в термостат с температурой Т0. В результате передачи тепла от термостата к 0,5 кг жидкости и полного испарения жидкости - пар изохорно перейдёт в первоначальное состояние Р0, V0, Т0 и рассмотренный выше цикл можно повторить, получая в каждом цикле полезную работу(Аад.l - Аад.2) от одного термостата с температурой Т0. Это становится возможным, так как в точке Р1, V1, Т1 происходит пересечение двух адиабат, а именно адиабаты с изменяющейся массой пара от 1 кг до 0,5 кг и адиабаты с постоянной массой пара, равной 0,5 кг.

Рассмотренный выше замкнутый термодинамический цикл состоит из адиабаты расширения пара с переменной массой пара, изменяющейся от 1 кг до 0,5 кг, а также адиабаты сжатия пара с постоянной массой пара, равной 0,5 кг и одной изохоры. Такой цикл позволяет получить полезную работу от одного термостата с температурой Т0, но и он не является единственно возможным.

Действительно, адиабатическое сжатие пара (при закрытом кране К) можно производить не только до объёма V0, но и продолжить до меньшего объёма V2 (рис. 2), при котором адиабатическое увеличение давления пересекается с изотермой Т0 при давлении пара Р0.
В этом состоянии пара откроем кран К и поместим цилиндр с объёмом V в термостат с температурой Т0. В результате передачи тепла от термостата к 0,5 кг жидкости и полного вскипания этой жидкости пар изотермически перейдёт в первоначальное состояние Р0, V0, Т0.
В результате будет получен замкнутый термодинамический цикл, состоящий из адиабаты расширения пара с переменной массой пара, изменяющейся от 1 кг до 0,5 кг, адиабаты сжатия пара с постоянной массой пара, равной 0,5 кг и одной изотермы, соединяющей обе эти адиабаты. Этот цикл также позволяет получать полезную работу только от одного термостата с температурой Т0.

Следовательно, если рабочим телом тепловой машины является реальный газ с переменной массой в цикле, то теряет смысл само понятие энтропии, так как в этом случае получается замкнутый равновесный круговой процесс, в котором получается положительная полезная работа и тогда:


О∫ А/T ≠ 0.

 

Но получение работы в замкнутой термодинамической системе приводит к уменьшению энтропии системы на величину ∆S =А/Т, а в соответствии с неравенством Клаузиуса - энтропия замкнутой термодинамической системы может только возрастать или оставаться постоянной.

в результате рассмотренного выше мысленного эксперимента, на РV-диаграмме был получен замкнутый равновесный термодинамический цикл, состоящий из двух адиабат и одной изохоры (или одной изотермы), масса рабочего тела (пара) в котором периодически изменялась, оказывая различное давление на поршень при расширении пара и его сжатии. Это позволяет периодически изменять давление на поршень тепловой машины6ез использования холодильника, то есть получать полезную работу от одного источника тепла (термостата) с постоянной температурой Т0 (от одного «теплового резервуара»).

По определению одного из основоположников второго начала термодинамики, В. Оствальда, такой двигатель называется вечным двигателем второго рода. И.Р. Кричевский назвал такой двигатель монотемпературным [9].

Многочисленные приверженцы классической термодинамики утверждали и утверждают, что монотемпературный двигатель принципиально невозможен. Но рассмотренный выше мысленный эксперимент основан на известных бесспорных физических закономерностях и показывает, что безтопливный (монотемпературный) двигатель возможен, что нет принципиальных технических трудностей для его реализации.

Вечный двигатель второго рода запрещён не природой вещей, а постулатом о его принципиальной невозможности. Рассмотренный выше мысленный эксперимент и его результаты показывает ограниченность этого постулата; и природа вещей позволяет выйти за границы применимости этого постулата, считавшегося всеобщим.

В рассмотренном выше замкнутом термодинамическом цикле, состоящем из двух адиабат и одной изотермы, изотермическое и адиабатическое расширение пара соответствует изотермическому и адиабатическому расширению пара в цикле Клаузиуса-Ранкина. Отличие рассмотренного выше цикла от цикла Клаузиуса-Ранкина состоит в том, что в цикле Клаузиуса-Ранкина пар конденсируется с помощью специального конденсатора (холодильника) с температурой окружающей среды, меньшей чем температура нагревателя.

Рассмотренные выше замкнутые термодинамические циклы безтопливного двигателя осуществляются без конденсатора (холодильника). Конденсация части пара происходит в результате адиабатического расширения и охлаждения пара, а остальная часть пара адиабатически сжимается при термоизоляции от образовавшейся в результате конденсации жидкости.

В классической термодинамике считается, что цикл идеальной тепловой машины должен состоять из двух изотерм и двух адиабат. При этом обязательным условием при преобразовании тепла в работу является наличие холодильника и передача части тепла холодильнику.

В рассмотренных выше замкнутых термодинамических циклах холодильник отсутствует, так как нет передачи тепла холодильнику. Поэтому тепло нагревателя полностью, с коэффициентом преобразования, равным единице, преобразуется в работу.

Такое преобразование тепла в работу запрещено классической термодинамикой - как принципом Карно, так и теоремой Карно, а также формулировкой второго начала термодинамики, данной М. Планком, которая гласит: «Невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводится к поднятию тяжести и охлаждению теплового резервуара» [10].

При преобразовании тепла в работу безтопливным двигателем (от одного источника тепла) не только отпадает необходимость в холодильнике, но и отпадает необходимость в нагревании рабочего тела, так как теряет смысл понятие нагреватель и в качестве источника тепла может быть использована окружающая среда. Преобразование тепла в работу с рабочим телом с переменной массой пара позволяет осуществить замкнутый равновесный термодинамический цикл с одним источником тепла без холодильника, то есть полностью преобразовывать тепло окружающей среды в работу, вопреки второму началу термодинамики.

С.Н. Дунаевский обратил внимание на тот факт, что масса пара может изменяться в фазовом переходе: пар - жидкость - пар; и на этом основании подал в 1984 году заявку ? ОТ - 11036 на открытие «Явление полного преобразования тепла в работу». На основании этого открытия С.Н. Дунаевский запатентовал «Способ преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя, в частности, получаемого от вещества окружающей среды и устройство для его осуществления» [11]. Этот способ преобразования тепла в работу и устройство для его осуществления основаны на двойном фазовом переходе рабочего тела теплового двигателя во время рабочего цикла: пар - жидкость - пар. Отделение от жидкости небольшой части пара, оставшегося после его адиабатического расширения и конденсации жидкости, а также адиабатическое сжатие этого пара позволяют затрачивать на его адиабатическое сжатие значительно меньшую работу по сравнению с работой, полученной от адиабатического расширения пара.

Изготовление опытного образца безтопливного двигателя с фазовым переходом в области криогенных температур (как предлагает С.Н. Дунаевский в патенте) технически затруднительно. Для изготовления опытного образца безтопливного двигателя желательно использовать любой реальный газ, критическая температура которого ниже температуры окружающей среды, но близка к ней, например - нейтральный газ ксенон, критическая температура которого равна Ткр = 289,7 К0 (I6,550С), а критическое давление Ркр = 58,3 бар.

Рассмотренный выше замкнутый равновесный термодинамический цикл, состоящий из двух пересекающихся адиабат и одной изотермы, можно реализовать без особых технических трудностей.


Экспериментальная установка

 


Принципиальная схема экспериментальной установки для получения исходных данных для иэготовления опытного образца безтопливного двигателя, рабочим телом которого является ксенон, приведена на рис. 3, на котором приняты следующие обозначения: 1 - ресивер высокого давления пара (парогенератор), 2 - детандер пара, 3 - сепаратор конденсата, 4 - насос жидкости, 5 - компрессор пара, 6 - ресивер низкого давления пара, 7 - термостат.      

    Рис. 3. Схема эспериментальной установки для получения исходных данных для изготовления опытного образца безтопливного двигателя, рабочим телом которого является ксенон.


Работа устройства


Из ресивера высокого давления 1 (парогенератора) сухой пар (со степенью сухости х = 1) адиабатически расширяется в детандере пара 2. В качестве детандера может быть использован, как поршневой, так и турбодетандер. При адиабатическом расширении пар совершает работу на внешнюю нагрузку. При этом происходит охлаждение пара и его частичная конденсация (уменьшение степени сухости пара). Образовавшийся в детандере 2 конденсат поступает в сепаратор конденсата 3, где он разделяется на газовую и жидкую фазы. Выделенная в сепараторе конденсата жидкость нагнетается насосом жидкости 4 в парогенератор 1, где под действием тепла окружающей среды с температурой То.с. ≥ I6,70С образуется сухой пар. Конденсация пара в детандере пара 2 происходит лишь частично. Несконденсировавшаяся часть пара из сепаратора конденсата 3 поступает в ресивер низкого давления 6, а из него - компрессором пара 5 нагнетается в ресивер высокого давления 1. Насос жидкости 4 и компрессор пара 5 приводятся в действие от детандера пара или от автономных источников энергии.
Фазовый переход между жидкостью и паром для 1 кг ксенона изображён на РV-диаграмме на рис. 2, где Р - давление, бар, V - объём, м3. Линия слева от критического давления изображает объём кипящей жидкости, а справа от неё - объём сухого пара (х = 1). В промежутке между ними можно легко определить процентное содержание пара. Пунктиром изображены кривые для некоторых постоянных степени сухости пара (х = 0,2; 0,5; 0,8).

Из рис. 2 следует, что если ксенон находится при температуре 288 К0 (I50C) со степенью сухости х = 1, то при адиабатическом расширении пара до нескольких атмосфер (~ 3 ÷ 5) степень сухости уменьшается до х ≤ 0,5, то есть из одного килограмма пара остаётся менее 0,5 кг пара.

Для получения замкнутого равновесного термодинамического цикла необходимо, чтобы все тела возвратились в исходное состояние. Так как для этого необходимо, чтобы образующуюся в сепараторе жидкость с давлением P1 возвратить в парогенератор с давлением Р0. Для этого необходимо затратить работу по перемещению жидкости. Но эта работа даже при полной конденсации жидкости (как это происходит в цикле Ранкина) составляет лишь доли процента от работы, совершаемой паром при расширении. Следовательно, в первом приближении, работой по перемещению жидкости по сравнению с работой, получаемой при расширении пара, можно пренебречь.

С целью упрощения разработки экспериментальной установки, работу можно начать с создания опытного образца безтопливного двигателя, используя специально переоборудованный типовой четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. При этом два цилиндра этого двигателя следует использовать в качестве рабочих цилиндров поршневого детандера, а вместо двух других цилиндров следует спроектировать и изготовить двухтактный компрессор для сжатия оставшегося после конденсации пара. Насос для перекачки жидкости следует специально спроектировать и изготовить или приспособить и использовать имеющийся аналогичный гидравлический насос.

Для оптимизации, следует использовать различные виды специально спроектированных и изготовленных сепараторов. Для экспериментальной установки, её изготовления и испытания, требуется два смежных помещения (одно для самой экспериментальной установки и стенда испытаний, а другое - для выносного пульта управления).
Оборудование.

Нa стенде испытаний устанавливается переоборудованный двигатель внутреннего сгорания с переменной нагрузкой, два рабочих цилиндра которого используются в качестве поршневых детандеров, и стенд испытаний с переменной нагрузкой.
На двигателе и на стенде испытаний устанавливаются датчики для измерения параметров двигателя: температуры в различных точках двигателя и ре сиверов, давления пара в ресиверах высокого и низкого давлений, частоты вращения вала и параметров нагрузки двигателя. Индикация от этих датчиков выносится на отдельный пульт управления. С выносного пульта управления подаются команды на включение, выключение двигателя и изменение режима его работы и нагрузки, а также команда на включение и выключение прибора для снятия индикаторной диаграммы двигателя.

Для испытаний двигателя требуются манометры от 0 до 100 атмосфер, переносной гидравлический пресс до 100 атм., датчики и индикаторы температуры со шкалой от -1200С до +300С, датчики и индикаторы давления в интервале от 0 до 100 атм., тахометр для измерения числа оборотов двигателя от 0 до 5000 оборотов в минуту, несколько баллонов высокого давления (до 100 атм.) для хранения ксенона и периодической зарядки им опытного образца.

Cостав сотрудников по изготовлению, испытанию и оптимизации параметров безтопливного двигателя - 5 человек: руководитель НИР и ОКР (главный конструктор), инженер-конструктор (специалист по двигателям внутреннего сгорания), конструктор-чертёжник, слесарь-механик, лаборант.
Срок работ - 3 года.
Ориентировочная сумма финансовых затрат - 4 млн. руб.


Литература

 

1. Циолковский К.Э. Будущее Земли и человечества. Издание автора, Калуга, 1928 г.
2. Циолковский К.Э. Продолжительность лучеиспускания Солнца. / Научное обозрение, 1897, ? 7.
З. Циолковский К.Э. Второе начало термодинамики. Калуга, Типография С.А. Семёнова, 1914 г. Издание второе: ЖРФМ, 1991, ? 1, c.22-39.
4. Опарин Е.Г. К.Э. Циолковский о втором начале термодинамики. / Журнал «Русская Мысль», 1991, ? 1-12, с. 85-99.
5. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. М, «Машиностроение», 1972, с. 59-60.
6. Новиков И.И. Термодинамика. М, «Машиностроение». 1984, с. 76-77.
7. Базаров И.Н. Термодинамика. М, «Высшая школа». 1991, с. 57-58.
8. Кириллин В.А., Сычёв В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Издание второе. «Энергия», М., 1974, с. 310 (издание третье: «Наука», М., 1979, с. 357).
9. Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики. «Госхимиздат», М., 1962.
10. Планк М. Термодинамика. «ГИЗ», Л.-М., 1925, с. 97.
11. Дунаевский С.Н. Способ преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности тепла, получаемого от вещества окружающей среды и устройство для его осуществления.
Патент PU ? 2101521 С 1 от 02 апреля 1998 г. Класс 6 02 В 75/02.

 

Москва, 18 августа 1999 г.

 

Опарин Евгений Григорьевич, - инженер-физик, действительный член Русского Физического Общества (1991), ведущий специалист Отдела промышленных энергоустановок Русского Физического Общества, учёный секретарь Русского Физического Общества.


Опубликовано: журнал ЖРФМ, 2002, ? 1-12, стр. 47-60.


« назад

ЖРФМ, 2016, № 1-12 (ЖРФХО, Т. 88, вып. № 4)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 3 (2016г.)
Шпеньков Г.П. Динамическая модель элементарных частиц. Видео лекция
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 2 (2016г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 1 (2016г.)
Журнал
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 3 (2015г.)
Журнал Русской Физической Мысли, 2015, № 1-12
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 2 (2015г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества ЖРФХО, Том 87, Выпуск № 1 (2015г.)
Энциклопедия Русской Мысли. Том 24
Энциклопедия Русской Мысли. Том 23
Энциклопедия Русской Мысли. Том 22
Энциклопедия Русской Мысли. Том 21
Армянская секция Русского Физического Общества
Энциклопедия Русской мысли. Том 20
Энциклопедия Русской мысли. Том 19
Энциклопедия русской Мысли. Том 18
Энциклопедия русской Мысли. Том 16
Энциклопедия русской Мысли. Том 15
Энциклопедия Русской Мысли. Том 14
Энциклопедия Русской Мысли. Том XIII
Украинская секция Русского Физического Общества
Санкт-Петербургская секция Русского Физического Общества
Иркутская секция Русского Физического Общества
Новосибирская секция Русского Физического Общества
Катрен 12. ГМО - ГЕНОФАШИЗМ
Водородное топливо Юрия Краснова
Алиев А.С. Российская астрономия. Часть 2. - 2011г.
Жигалов В.А. Уничтожение торсинных исследований в России
ЭРМ 12: Колесников И.В. Природа глобальных катаклизмов. - 2010 г.
Алиев А.С. Российская астрономия. - 2010 г.
Открытое Заявление Президента Русского Физического Общества Родионова В.Г. Президенту Российской Федерации Медведеву Д.А.
ЭРМ 11: Оше А.И. Поиск единства законов природы (Инварианты в природе и их природа). - 2010 г.
ЭРМ 10: Петракович Г.Н. Биополе без тайн. Сборник научных работ. - 2009 г.
ЭРМ 1: Гриневич Г.С. Праславянская письменность. Результаты дешифровки. Том 1. - 1993 г.
ЭРМ 6: Хачатуров Е.Н. Элиминация значительной части ДНК... - 1995 г.
ЭРМ 3: Иванов Ю.Н., Иванова Н.М. Жизнь по интуиции. - 1994 г.
ЭРМ 4: Гудзь-Марков А.В. Индоевропейская история Евразии. Происхождение славянского мира. - 1994 г.
Два открытия
Официальный доклад Аполлон-11. Лунные карты составлены безграмотно
Ральф Рене. Как NASA показало Америке Луну
НЛО: соседи по Солнцу.16.05.2011
Бутусов. Раджа Солнце. Глория. 9.01.2012
Катрен 18. Технология спаивания
Фильм С. Веретенникова
Энциклопедия русской Мысли. Том 17

Ссылки:

rodionov@rusphysics.ru - ПОЧТОВЫЙ ЯЩИК РЕДАКЦИИ ЖУРНАЛА "ЖУРНАЛ РУССКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МЫСЛИ"
Главный редактор Родионов В.Г.
Денежные пожертвования направлять в Сбербанк РФ на карточку № 63900240 9014875013.


Rambler's Top100