Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Испарительные вечные двигатели второго рода.

Читайте также:
  1. XII. ДВИГАТЕЛИ ПСИХИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ
  2. АПОЛЛОН И ЛЮМИНА, Элохим Второго луча
  3. Бедные не любят рекламу любого рода.
  4. Безопорные двигатели.
  5. Богатые стремятся заявить о себе и своих достоинствах. Бедные не любят рекламу любого рода.
  6. Большем зале. Наконец нам удалось найти такой зал в другом конце города.
  7. В таком незавидном положении вернее всего мог оказаться атлет, уклонившийся от разносторонней тренировки. Здесь вряд ли виновата природа.

 

Перейдем теперь к описанию различных циркуляционных вечных двигателей второго роды – ПД, нарушающих второй закон термодинамики Клаузиуса. Начнем с рассмотрения фазовых ПД. Нам предстоит на опыте проверить выводы ОТ, касающиеся уравнения Томсона-Кельвина, обсудить условия повышения эффективности работы фазового ПД и привести результаты испытаний конкретных устройств типа ПД-1, ПД-13 и ПД-21. Механизм действия фазового ПД хорошо проясняется на примере процесса испарения жидкости из одиночного капилляра в среду с насыщенным паром этой жидкости, образованным плоским мениском.

Тысячекратно повторенные опыты показывают, что в замкнутом сосуде вблизи плоского мениска, то есть при давлении насыщенного пара 100%, жидкость из смачиваемого ею капилляра – с вогнутого мениска – всегда испаряется, а не конденсируется, как того требует теория Томсона-Кельвина. Соответствующие опытные данные приведены в различных моих работах, а также на рис.13, где изображены результаты экспериментов по испарению воды из стеклянных вертикально ориентированных смачиваемых капилляров различного диаметра d. Капилляры находятся в герметически закрытой стеклянной банке диаметром 95 мм и высотой 180 мм, на дно банки налита вода, так что пар в банке является насыщенным, его влажность равна 100%. Расстояние от верхнего края капилляра до поверхности воды Н = - 105 мм, знак минус говорит о том, что уровень воды в банке расположен ниже начального мениска капилляра. Нижний конец капилляра во всех случаях заглушен. Банка помещена в термостат с постоянной температурой Т = 35 К. В различные моменты времени t с помощью микроскопа измеряется заглубление h мениска в капилляре (здесь величины h и Н имеют другой смысл, чем на рис.4). На рис.13, а изображена зависимость h от t для d = 30 (кривая 1), 50 (кривая 2) и 105 (кривая 3). Те же данные, кроме кривой 2, приведены на рис.13, б и в в виде зависимости потока массы (скорости испарения) с поверхности мениска Im от времени t (б) и глубины h (в). На рис.13, г показана скорость испарения влаги в функции диаметра капилляра при h = 0,6 (кривая 4) и 1,0 мм (кривая 5).

Из рисунка видно, что в среде с влажностью 100%, создаваемой плоским мениском жидкости, с поверхности вогнутого мениска вода испаряется, что подтверждает выводы ОТ и опровергает теорию Томсона-Кельвина. Скорость этого испарения сильно падает с ростом глубины h (времени t) и диаметра капилляра. Максимальная скорость соответствует начальному моменту (t = 0), когда мениск находится у верхнего края капилляра (h = 0).

Точно в тех же условиях проведены опыты с несмачиваемыми водой капиллярами и получены аналогичные кривые. Эффект несмачивания достигается путем пропускания через капилляр под избыточным давлением газа гелия 30% раствора парафина в бензине. Сопоставление несмачиваемого (рис.14, кривая 1) и смачиваемого (кривая 2) капилляров показывает, что характер процесса испарения воды в обоих случаях практически одинаков (h = 0,6 мм). Несколько большая скорость испарения из несмачиваемого капилляра объясняется разницей в кривизне выпуклого и вогнутого менисков, ибо в опытах очень трудно достичь одинакового или полного (совершенного) несмачивания и смачивания. На результатах может также сказаться уменьшение свободного диаметра несмачиваемого капилляра из-за наличия тонкого слоя парафина. Таким образом эксперименты подтверждают выводы работы [11] о практически одинаковой скорости испарения жидкости из несмачиваемого и смачиваемого капилляров в среду с насыщенным паром этой жидкости, образованным плоским мениском.

Большой интерес представляют эксперименты, в которых испытываются жидкости различной плотности при неодинаковом расположении по высоте капилляра плоского парообразующего мениска. Испарение происходит в банке диаметром 120 мм и высотой 240 мм, насыщенный пар создается жидкостью, налитой в дополнительную плоскую чашу диаметром 60 мм, помещенную в банку. В одном случае уровень жидкости в чаше располагается выше верхнего края капилляра (Н положительно), в другом – оба мениска находятся на одной высоте (Н = 0), в третьем – чаша располагается ниже капилляра (Н отрицательно). Все остальные условия опытов прежние.

 
 

 

 

 
 

 

Кривые 3 – 5 относятся к воде (h = 0,6 мм). Пары воды легче воздуха, находящегося в банке, поэтому они из капилляра охотнее поднимаются к чаше вверх (кривая 3, Н = 85 мм), чем опускаются вниз (кривая 5, Н = - 85 мм). При одинаковой высоте мениска скорость испарения имеет промежуточные значения (кривая 4, Н = 0). Прямо противоположная картина наблюдается у спирта, ацетона и эфира, пары которых тяжелее воздуха, они охотнее опускаются к чаше вниз, чем поднимаются вверх. Например, у спирта (h = 0,6 мм) скорость испарения при Н = - 85 мм описывается кривой 6, при Н = 0 – кривой 7 и при Н = 85 мм – кривой 8. Наибольший интерес представляют кривые 9 (ацетон), 10 (спирт) и 11 (вода), которые непосредственно определяют тепловой поток, поглощаемый при испарении жидкости из капилляра и выделяемый при ее конденсации (d = 15 мкм; Н = - 85 мм). Именно эффекты поглощения и выделения теплоты создают фиксируемую в опыте разность температур. Приведенные опытные данные содержат все необходимые для количественной оценки эффективности процесса самофункционирования фазового вечного двигателя второго рода, остановимся на этом вопросе несколько подробнее.

Уже отмечалось, что движущей причиной работы фазового ПД является разность парциальных давлений пара над менисками жидкости разной кривизны. Следовательно, для повышения эффективности работы фазового ПД надо прежде всего увеличивать эту разность. Одновременно необходимо снижать все гидродинамические сопротивления, паразитирующие на этой разности. При прочих равных условиях мощность ПД будет тем выше, чем больше число капилляров одновременно принимает участие в процессе.

Разность парциальных давлений (назовем его рабочим давлением) получается максимальной, если в ПД сочетаются плоский мениск с идеальным полусферическим, когда критерий конфигурации (гл. II) R = 2. В этих идеальных условиях, например для воды при Т = 35 К, рабочее давление пара равно 5,7×10-2 кг/см2. Но достичь идеальных условий практически невозможно, поэтому реальное рабочее давление пара всегда ниже идеального.

В реальных условиях мениск жидкости формируется в ПД под действием напора Н (рис.4, в). Согласно Лапласу, радиус кривизны мениска определяется этим напором и коэффициентом поверхностного натяжения жидкости, а от радиуса капилляра не зависит. Поскольку напор в ПД обычно существенно меньше капиллярного поднятия жидкости, постольку радиус кривизны мениска оказывается много больше радиуса капилляра, что резко снижает критерий R и рабочее давление. Например, при напоре Н = 10 мм радиус водяного мениска, по Лапласу, r = 0,73 мм. Если диаметр капилляра d = 15 мм и Т = 35 К, то критерий конфигурации мениска R = 1,0000264 и рабочее давление пара составляет 1,5×10-6 кг/см2, что почти в 40000 раз ниже идеального случая, когда R = 2 и рабочее давление равно 5,7×10-2 кг/см2. Как видим, с целью повышения рабочего давления надо увеличивать напор Н.

Для снижения гидродинамического сопротивления важно всячески сокращать длину жидкостного и особенно парового участков циркуляционного контура ПД. Следовательно, для интенсификации процесса требуется уменьшать величину Н (рис.4, в), что находится в явном противоречии с предыдущим требованием. В связи с этим целесообразно встать на путь разделения функций напора Н и длины парового участка контура h, как это сделано на рис.4, г. При этом напор Н может быть выбран сколь угодно большим, а путь пара h - сколь угодно малым, особенно если плоское капиллярнопористое тело (мембрану) расположить не вертикально, а горизонтально, в непосредственной близости над основным плоским мениском, лицом к лицу.

Приведенные опыты также показывают, что предпочтение надо отдавать смачиваемым капиллярам по сравнению с несмачиваемыми, ибо в первом случае испарение происходит непосредственно на поверхности капиллярнопористого тела, когда заглубление мениска h = 0 (рис. 13 и 14) и интенсивность процесса максимальна. Существенного снижения гидродинамического сопротивления можно достичь путем откачки воздуха из ПД, при этом диффузия паров жидкости сквозь воздушную среду заменяется более интенсивным процессом их простого течения.

Из сказанного должно быть ясно, что рассчитать с помощью ОТ процесс циркуляции пара и жидкости в ПД не составляет особого труда. При большом числе капилляров в расчетах надо учитывать площадь поверхности промежутков между капиллярами мембраны. Наличие этой площади приводит к дополнительному снижению рабочего давления, так как в указанных промежутках давление пара практически равно таковому над плоским мениском.

Остается сделать еще несколько замечаний, касающихся принципа работы фазового ПД. Из всего сказанного вовсе не следует вывод о том, что в ПД слишком важное, решающее значение имеет сила тяжести. Хотя эта сила через напор Н и формирует мениск в капиллярах, однако, вполне можно обойтись и без нее. Иными словами, ПД может успешно работать даже в условиях невесомости. Для этого получаемую в двигателе электроэнергию в принципе можно использовать для вращения ПД вокруг оси, расположенной над ним. Тогда вогнутый мениск в смачиваемых капиллярах мембраны будет формироваться под действием центробежной силы. Таким образом, сила тяжести при работе ПД не является решающим фактором. Это хорошо видно из рис.14, б и в, согласно которому сила гравитационного взаимодействия способна несколько ускорить или замедлить процесс переноса пара, но она не есть истинная движущая причина этого переноса.

Необходимо также обратить внимание на следующую особенность опыта, изображенного на рис.4, г. Известно, что в любом замкнутом сосуде температура воздуха вверху обычно бывает несколько больше, чем внизу, в этом нетрудно убедиться, испытав ПД без жидкости. Если бы жидкость конденсировалась в верхней части ПД, а испарялась в нижней, то тепловая интерпретация опыта усложнилась бы из-за совпадения знака естественной разности температур со знаком разности, возникающей вследствие работы ПД. Поэтому опыт организован так, как показано на рис.4, г: из-за испарения жидкости верхняя часть циркуляционного контура – мембраны 1 – оказывается холоднее, чем нижняя – стакан 3, - где жидкость конденсируется. В результате эффект ПД накладывается на естественную разность температур, играющую в данном случае роль так называемого штатив-эффекта (паразитного эффекта), и преодолевает его. Это повышает наглядность и убедительность эксперимента. Еще более наглядным является вращение вертушки 7, когда капля жидкости падает на нее из стакана 3, частота падения капель определяется общей интенсивностью процесса самофункционирования ПД.

Приведу теперь некоторые результаты опытов с конкретными устройствами, изображенными на рис.4, в и г. Чтобы предотвратить искажающее влияние окружающей среды, ПД помещаются в медную калориметрическую бомбу с толщиной стенок 20 мм, выложенную изнутри легковесным пенопластом, бомба располагается в термостате с заданной температурой. Первый же испытанный простейший вечный двигатель второго рода ПД-1 (рис.4, в) дал положительные результаты. В нем в качестве мембраны использован стеклянный фильтр. Диаметр стеклянной трубки на паровом участке циркуляции равен 30 мм, на жидкостном – 10 мм, габариты устройства 30х70х160 мм. При испытании воды (Н = 5 мм) медь-константановая термопара с диаметром электродов 0,3 мм при комнатной температуре дала электродвижущую силу (ЭДС), равную нескольким сотым долям микровольта (мкВ); для медь-константановой термопары 1 мкВ = 0,023 К.

В ПД-21 (рис.4, г) использованы две стеклянные мембраны диаметром 32 мм и толщиной 2,4 мм, сосуд и крышки изготовлены из тефлона (фторопласта), стакан 3 – из нержавеющей стали, напор Н = 231 мм, средняя длина парового участка h = 35 мм. Кривая 1 на рис.4, д показывает зависимость ЭДС медь- константановой термопары от температуры термостата для воды, пары которой работают против силы тяжести. Штриховая линия 3 учитывает штатив-эффект, найденный путем измерения температуры сухого ПД-21. Кривая 2 тоже получена для воды в опытах с ПД-13, в котором стакан 3 подвешен у самого дна устройства, при этом Н = h = 166 мм, мембраны те же, сосуд изготовлен из оргстекла, его внутренняя поверхность покрыта парафином для избежания конденсации влаги на стенках. ЭДС увеличивается в несколько раз, если воду заменить спиртом, ацетоном или эфиром. Например ПД-13 из стекла при Т = 28 К и Н = 231 мм дает ЭДС для воды 0,26, для спирта 1,03 и для эфира 2,56 мкВ.

Необходимо подчеркнуть, что успешная длительная работа испарительного ПД возможна только в том случае, если созданы условия для предотвращения конденсации пара на внутренней поверхности устройства вне плоского мениска жидкости. Сконденсировавшиеся на стенках капельки жидкости малого радиуса вступают в конкуренцию с менисками капилляров, ибо над капельками тоже повышается давление насыщенного пара, в результате интересующая нас циркуляция постепенно затухает. Однако этот вопрос особого значения не имеет, так как не может отразиться на принципиальной стороне обсуждаемой проблемы.

Избежать или ослабить влияние паразитной конденсации можно в том случае, если для изготовления устройства применить несмачиваемые жидкостью материалы, например, тефлон и т.п. Либо можно внутреннюю поверхность покрыть несмачиваемым жидкостью составом, например, для воды это может быть парафин, растворенный в бензине. К сожалению идеального несмачивания добиться нельзя, поэтому через несколько недель работа небольшого ПД может затухнуть. В крупных ПД надо стремиться к тому, чтобы суммарная площадь всех менисков жидкости была больше площади сухих поверхностей. Можно также применить специальные скребки-гладилки, превращающие капельки в пленку, последняя будет стекать, и процесс не нарушится.

Резюме: как видим, опыты с реальными испарительными вечными двигателями второго рода в точности подтверждают все высказанные выше теоретические прогнозы ОТ – об ошибочности теории фазовых превращений Томсона-Кельвина, о нарушениях второго закона термодинамики Клаузиуса и т.д.

 


Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 62 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Введение. | Новая парадигма науки и главные законы, или начала, ОТ. | Прогнозы ОТ: управление временем, безопорное и вечное движения. | Пространство и время. | Теория движения за счет внутренних сил. | Получение КПД устройств, равного единице. | Хрональнохимическая пара. | Управление реальным физическим временем. | Свойства хронального явления. | Хрональнохимическая пара. |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Безопорные двигатели.| Термоэлектрические вечные двигатели второго рода

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.008 сек.)