Механическое воздействие на жидкость в замкнутом объеме приводит к ее нагреву. В этом легко можно убедиться, включив обычный циркуляционный насос (например, дачный) в режиме “сам на себя”, то есть, соединив выход насоса с его входом. Через некоторое время вода в насосе нагреется до определенной температуры. Подобный опыт был поставлен Джоулем более ста лет назад. Целью эксперимента было доказать, что в результате механического воздействия на жидкость, механическая работа может быть превращена в тепло. Не смотря на то, что имеются прямые преобразователи электрической энергии в тепловую - нагреватели, основанные на гидродинамическом способе нагрева жидкостей, лишены некоторых изъянов, присущих нагревателям, использующих ТЭНы. Таких, как пожароопасность и электроопасность.
Анализ существующих конструкций выявил ряд преимуществ и недостатков теплогенераторов. По мнению их конструкторов и исследователей, гидродинамические теплогенераторы отличаются необычно высокой эффективностью – отношением производимой теплоты к потребляемой энергии. Так, например, численные значения эффективности теплогенераторов, предложенных в [1,2], приближаются к единице, в [3,4] превосходят ее в пределах возможной ошибки калориметрических измерений, а в [5,6,7], по мнению авторов, превышают единицу в несколько раз! Подобные примеры можно продолжать и продолжать.
Все гидродинамические теплогенераторы, несмотря на многообразие их конструкций, отличаются двумя общими особенностями.[8]
Во-первых, в качестве рабочего тела в них используется только жидкость, преимущественно – вода. Во-вторых, вода подвергается специальной механической обработке – механоактивации.
Именно в результате специальной механической обработки происходит нагревание рабочего тела – воды и производство тепла теплогенератором. Процесс механоактивации, независимо от конкретных способов его осуществления, заключается в том, что воду путем механического воздействия на нее приводят в состояние сложного неравномерного движения.
При самом общем подходе, во всем многообразии конструкторских решений можно выделить две существенно различающиеся между собой разновидности теплогенераторов:
· пассивные
· активные.
К пассивным отнесены теплогенераторы статического типа, не содержащие подвижных частей в устройствах формирования потока жидкости. Механическая активация рабочего тела в этих генераторах происходит в процессе и в результате взаимодействия движущейся жидкости с неподвижными элементами рабочей камеры, выполненными и расположенными таким образом, чтобы наиболее эффективно формировать поток с резко выраженной нелинейностью пространственного распределения мгновенных скоростей жидкости, как по величине, так и по направлению.
К активным отнесены теплогенераторы динамического типа, в которых механическая активация рабочего тела происходит в результате воздействия на жидкость подвижных активирующих элементов генератора – вращающихся, колеблющихся или совершающих сложное движение.
На базе лаборатории кафедры энергообеспечения с.х. ОГАУ была создана и исследована одна из активных установок (рис. 1.), которая нагревает жидкость при механическом воздействии.
Рис. 1. Экспериментальная установка
При испытании была снята механическая характеристика опытного образца теплогенератора (рис. 2), имеющего следующие параметры: внешний диаметр корпуса – D=0,5 м; высота цилиндра корпуса (размер в осевом направлении – Н=0,2 м; число лопастей – по 8 на статоре и роторе). Измерение частоты вращения осуществлялось тахометром часового типа ТЧ10.
Рис. 2. График зависимости М=f(ω), снятой экспериментально.
Полученную кривую можно аппроксимировать уравнением параболы М=а+вω2 , так как теоретически именно этим уравнением описываются механические характеристики машин, рабочие органы которых преодолевают сопротивление жидкости или газа. Для нахождения коэффициентов уравнения по полученным опытным данным построена кривая зависимости М=f(ω2) (рис. 3), аппроксимирована прямой линией и по её параметрам определены коэффициенты уравнения:(а=3,1 – момент при ω=0 в точке пересечения прямой с осью ординат; в= ΔМ/Δω2).
Рис. 3 График экспериментальной зависимости М=f(ω2),
Таким образом, искомое уравнение механической характеристики опытного образца теплогенератора будет иметь вид
М =3,1+0,003ω2. (1)
Так как мощность равна произведению момента на угловую скорость, уравнение изменения мощности легко определяется по уравнению изменения момента
Р = Мω = 3,1ω + 0,003ω3. (2)
Полученные уравнения позволяют подобрать ветродвигатель для данного теплогенератора по мощности и моменту.
Физических основы работы теплогенераторов и причин нагревания рабочего тела до сих пор остаются спорными и неясными.
Существуют мнения, что температура воды на выходе генератора повышается в результате прямого преобразования работы в теплоту за счет внутреннего трения в жидкости, рассеяния энергии акустических колебаний и т.п.
Если же причины нагревания рабочего тела менее очевидны, следует выяснить, или хотя бы пытаться выяснить, в чем они заключаются.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дж.Л. Григгс. Патент США US 5188090, 1993 г.
2. Ю.С. Потапов. Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости. Патент РФ RU 2045715, 1995 г.
3. Л.П. Фоминский. Как работает вихревой теплогенератор Потапова. РАЕН, Черкассы, «ОКО-Плюс», 2001 г.
4. Ю.С. Потапов, Л.П. Фоминский. Успехи тепловой энергетики. В сб. «Фундаментальные проблемы естествознания и техники», том I, СПБ, 2002 г.
5. Ю.С. Потапов и др. Способ получения тепла. Патент РФ RU 2165054, 2000 г.
6. Л.Г. Сапогин, Ю.С. Потапов и др. Устройство для нагрева жидкости. Патент РФ RU 2162571, 2000 г.
7. Г. Ранк. Патент США US 1952281, 1934 г.
8. http: //www.ecoteplo.ru/
