CC BY
36ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
РОТОРНЫЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Тайланов Н.А.1, Ахмаджанова У.Т.2
1Тайланов Низом Абдураззакович - кандидат физических
наук, доцент;
2
Ахмаджанова Умида Тожимуродовна - ассистент, кафедра радиоэлектроники, Джизакский политехнический институт, г. Джизак, Республика Узбекистан
Аннотация: в качестве альтернативного источника получения энергии предлагается использование импульсных физико-химических эффектов в жидкости, которые приводят к ее нагреву. Эффективным методом многофакторного воздействия на жидкость является кавитация, которая приводит к изменению физико-химических характеристик жидкости, ее активации и нагреву. Ключевые слова: кавитационные теплогенераторы
УДК 530.1
Введение
Современная цивилизация нуждается в замене существующих энергетических технологий на экологически чистые, гарантирующие сохранение биосферы. Это особенно касается энергетики, основанной на сжигании природных запасов угля, нефти, газа, урана. Эффективность получаемой энергии остается незначительной и проблема энергообеспечения и доставки энергии потребителям остается актуальной. Запасы полезных ископаемых и ресурсы дешевого урана исчерпываются. Предполагается, что в ближайшее время потребление природных ресурсов достигнет 25 млрд. тонн, поэтому делаются прогнозы, что запасов природного топлива человечеству хватит примерно на 150 лет.
Разрабатываются проекты использования солнечной энергии. Солнечную энергию планируется перерабатывать в
электричество путем создания космических электростанций.
6
Для получения мощности в 10 миллионов кВт необходимы солнечные батареи площадью примерно 100 квадратных километров. В микроволновом диапазоне энергию можно будет транспортировать на Землю. На пути решения этой задачи стоят серьезные проблемы создания передающих и приемных систем, работающих в диапазоне СВЧ-волн, небезопасных для биосферы, а также орбитальных солнечных электростанций, представляющих собой крупногабаритные космические объекты [1, с. 52].
Перспективным направлением энергетики является также использование энергии естественных природных источников. К ним относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды
В качестве альтернативного источника получения энергии предлагается использование импульсных физико-химических эффектов в жидкости, которые приводят к ее нагреву. Эффективным методом многофакторного воздействия на жидкость является кавитация, которая приводит к изменению физико-химических характеристик жидкости, ее активации и нагреву.
Кавитационные теплогенераторы - это новое, перспективное оборудование. Предварительные опытно-промышленные исследования, проведенные несколькими независимыми разработчиками, показывают, что это эффективное и надежное оборудование. Коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую энергию для разных модификаций тепловых генераторов равен 1,2 - 2 единицам. Речь идет именно о коэффициенте теплопризводительности, а не о КПД, который, составляет около 90 -95% [2, с.75].
Механизм получения тепловой энергии за счет кавитации основан на её вторичных нелинейных эффектах в жидкости. Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с
пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В момент схлопывания кавитационного пузырька, давление и температура газа достигают значительных величин.
Энергия, затрачиваемая на образование кавитационного пузырька, заполненного паром, определяется как
т 4 Я
E 0 = 4кг 2 а + ^ кг+ Pл )
В первом приближении принимается р = р. Энергия сжатия кавитационного пузырька, определяется по формуле
4 з з 4 з
E с = ~ кP(rmax _ rmin ) ~ ~ кР ' rmax .
При образовании в воде пузырька радиусом 1 мм при температуре г=10° c, давлении насыщенного пара р = 1,25 103 Па, поверхностном натяжении а = 7,28 -10 4 н / м, энергия образования пузырька равна б0 = 1,995 -105 Дж. Энергия сжатия пузырька жидкостью, находящейся при атмосферном давлении р = 105 па, равна бс = 4,189 -ю~4 Дж. Таким образом, энергия сжатия пузырька более чем в 20 раз превышает энергию его образования.
Энергия, сообщаемая жидкости за счет схлопывания кавитационных пузырьков, прямо пропорциональна их количеству. Степень развитости кавитации определяет индекс кавитации, показывающий отношение объема кавитационного облака к общему объему жидкости в активной рабочей зоне. При развитой кавитации значение индекса кавитации стремится к единице.
Опуская промежуточные расчеты и считая, что процесс сжатия пузырька является адиабатическим, можно определить, что максимальная температура и давление в
о
пузырьке при сжатии составляют 7тах~8500 К, .Ртах~10 Па [2, с. 32].
Подобные условия имеют место на поверхности Солнца
о
(Гтах~6000 К, Ртах~10 Па). Это позволяет сделать предположение, что в момент полного сжатия кавитационного пузырька в точечно-ударном виде возможно осуществление ряда элементарных реакций в локальном объеме, окруженном жидкостью.
Предполагается, что кавитация способна инициировать ядерные реакции и способствовать деструкции материи.
Вывод
Основываясь на теоретических и экспериментальных результатах проекта, методе и рекомендациях для разработки технологии и оборудования для генерирования тепловой энергии за счет кавитационных эффектов в жидкости, планируется разработать техническую документацию на автономную систему теплоснабжения для жилых и промышленных объектов. Автономная система теплоснабжения (АСТ) предполагает независимость потребителя от централизованной системы обеспечения горячей водой. АСТ включает в себя кавитационный теплогенератор, насосное, контрольно-управляющее и вспомогательное оборудование. Источником энергии для работы АСТ может служить как дизельный, так и электрический двигатель.
Список литературы
1. Прохоров В.А. Основные характеристики теплоэнергетики.
Минск, 2009. С. 267.
2. Смирнов А. Теплоэнергетики, М.: Москва, 2012. С. 124.
