Источник энергии: испарение – конденсация

Автор: Кутин Эмиль Владимирович .

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Нет повтору Чернобыля и Фукусимы!

Предлагается следующий эффективный способ реализации источника энергии «Испарения - конденсации», см. http://www.energy2000.narod.ru.

Рассмотрим герметичный резервуар с вертикально-ходящим поршнем внутри, как это изображено на рис. 1. Ниже поршня в резервуар закачан азот и углекислый газ, последний находится в состоянии «жидкость – пар». Выше поршня в цилиндре – вакуум. Теплонепроницаемые стенки  резервуара и поршня показаны коричневым цветом.

Рис. 1


Азот и углекислый газ равномерно перемешаны в соотношении 1:1, высота поршня над основанием цилиндра равняется Нmin – это состояние А системы «цилиндр – поршень», температура которой равна температуре окружающей среды. Давление газовой смеси исчисляется как:

Рг.см.а = Рнас.(СО2) + Рпарц.(N2) (1);

здесь и далее: Рг.см.а – давление газовой смеси системы «цилиндр - поршень» в состоянии А; Рнас.(СО2) – давление насыщенного пара углекислоты, находящейся в равновесии «жидкость – пар» в герметичном резервуаре; Рпарц.(N2) – парциальное давление азота, перемешанного с углекислым газом.

Поршень зафиксирован относительно стенок цилиндра, не пропускает газовую смесь и испытывает от неё силу, нормально направленную к рабочей поверхности поршня.

Отпустив поршень, мы наблюдаем адиабатическое расширение газовой смеси, под действием которой поршень устремляется вверх. Достигнув максимальной высоты цилиндра, поршень производит упругий удар о верхнюю стенку цилиндра, и это есть состояние Б системы «цилиндр - поршень» с температурой Тб (см. рис.1).

В состоянии Б системы «цилиндр - поршень», в силу того, что давление насыщенного пара углекислоты зависит от температуры, большая часть молекул углекислого газа перейдёт в конденсированное состояние в процессе адиабатического расширения и охлаждения газовой смеси, совершившей работу над поршнем, Тб < Токр.

Произведя упругий удар о верхнюю стенку цилиндра, поршень устремляется вниз, где  достигнет высоты над основанием цилиндра Нmin и будет на ней зафиксирован, - это есть состояние системы «цилиндр – поршень» С.

Давление, Рг.см.с, газовой смеси, которая непосредственно под поршнем состоит из молекул азота и незначительного остатка несконденсировавшихся молекул углекислоты и только из молекул углекислого газа у поверхности жидкой фазы углекислоты (см. рис.1), будет равным давлению насыщенного пара углекислоты при температуре Тс, здесь: Тс, Рг.см.с – температура и давление газовой смеси в системе «цилиндр - поршень» в состоянии С.

Итак, в состоянии С:

Рг.см.с = Рнас.(СО2) (2); Рг.см.а > Рг.см.с. (3); Тс > Токр. (4);

так как углекислый газ сконденсировался с выделением теплоты, Токр. – температура окружающей среды.

Таким образом, мы получили эффективный способ разделения газовой смеси и, соответственно, способ получения разности давлений между состояниями системы А и С . Система «цилиндр – поршень», принимая вновь состояние А, охлаждается, вследствие испарения углекислоты, до первоначальной (Токр.) температуры как замкнутая система. Но, эта система способна производить полезную работу для потребителя, вследствие разности давлений и за счет теплообмена системы с окружающей средой, так как температура системы «цилиндр – поршень» при отводе от неё полезной работы потребителю станет ниже температуры окружающей среды за цикл А – Б – С – А.

Условие неразрывности и расчёт максимальной работы, отведённой потребителю.

Рассчитаем работу, которую можно отвести потребителю за цикл А – Б – С – А. Под ходом поршня (h)  будем принимать значение, лежащее в пределах разности между максимальной (Нmax) и минимальной (Нmin) высотами поршня над основанием цилиндра, которые поршень принимает за прохождение цикла А – Б – С – А.

Работа (Арасш.) адиабатического расширения газовой смеси будет равна:

Арасш. = Нmax Pad.exp(h)S
(5);
Нmin

здесь Pad.exp.(h) – есть давление адиабатически расширяемой газовой смеси на поршень, величина которого зависит от положения поршня (h); S – рабочая площадь поршня.

Работа (Асж.) адиабатического сжатия газовой смеси будет равна:

Асж.= Нmax Pad.compr(h)S
(6);
Нmin

здесь Pad.compr(h) – есть давление адиабатически сжимаемой газовой смеси на поршень, величина которого зависит от положения поршня (h).

Максимальную работу, которую можно отвести потребителю за цикл А – Б – С – А, можно рассчитать:

Апотр.max = Арасш. – Асж. = Нmax Pad.exp(h)S- Нmax Pad.compr(h)S (7);
Нmin Нmin

Апотр.max > 0,  т. к. Pad.exp.(Hmin) = Рг.см.а – это давление газовой смеси в состоянии А,    Pad.compr(Hmin) = Рг.см.с = Рнас.(СО2) – это давление газовой смеси в состоянии С, см.(1), (2), (3), следовательно,  Pad.exp.(Hmin) > Pad.compr(Hmin); Pad.exp.(Hmax) = Pad.compr(Hmax) – это давление газовой смеси в состоянии Б, см. рис. 1, 2.

Цикл А – Б – С – А будет неразрывным при условии: Апотр. ≤ Апотр.max – Aтр., (8);

где Апотр., Апотр.max – работа  и максимально возможная работа, отведённые потребителю за данный цикл; Атр. – работа сил трения за данный цикл.

Рис. 2

Замечания и пожелания пишите по адресу: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript


Защитный код
Обновить