ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Диссипативный двигатель из "Потоки энергии и эксергии " Однако термическое трение при некоторых условиях может не только тормозить, демпфировать колебания поршня, но и вызывать их. Более того, стационарный поток теплоты, проходяш,ий через газ в цилиндре с поршнем, может создавать столь значительную силу, вызываюш,ую колебания, что при этом часть потока теплоты преобразуется в механическую или электрическую мош,ность. [c.55] До сих пор все соответствует ранее рассмотренному случаю, когда термическое трение только гасит колебания. Если теперь нагреть торцы трубки до температуры Гт и охладить боковые стенки до температуры то, начиная с некоторого порогового значения температуры колебания станут незатухающими даже при наличии тормозящих сил. Температура Гт должна быть достаточно высокой, чтобы при смещении поршня и сжатии им газа в одной из полостей происходило дополнительное повышение температуры и, следовательно, давления по сравнению со случаем адиабатического сжатия. Возникающая дополнительная разность давлений компенсирует действие тормозящих поршень сил, что и приводит к автоколебаниям. Совершается обычный замкнутый круговой процесс преобразования тепла в работу нагревается сжатый газ, расширяется нагретый, охлаждается расширившийся и сжимается охлажденный. [c.56] Недостатком такого цикла является неизбежное опережение подвода тепла и опережение охлаждения. Подвод тепла происходит во время всего хода сжатия из-за уменьшения поверхности теплоотдачи, а охлаждение — на протяжении всего хода расширения. Кроме того, газ одновременно сообщается с горячим и холодным источниками тепла, что вызывает поток тепла от горячего источника к холодному, хотя внутри газа теплопроводность отсутствует. Тем не менее при некоторых условиях работа цикла достаточна для поддержания автоколебаний даже при наличии тормозящей поршень электромагнитной силы, когда он отдает энергию во внешнюю цепь. На Г—- -диаграмме рис. 8 цикл изображен пунктиром, он имеет вид колокола. [c.56] Приняты обозначения G — масса газа в полости П — периметр трубы F — плош адъ поверхности торца а — коэффициент теплоотдачи ш Q2 — количества тепла, поступившие через стенки о — электропроводность поршня В — магнитная индукция г) — электрический КПД (отношение напряжения к электродвижущей силе) индексы 1 и 2 соответствуют параметрам газа в различных полостях, индекс п относится к поршню. [c.57] Таким образом, приведенное на рис. 10 простое устройство позволяет осуществлять преобразование тепла в механическую работу или электроэнергию в резу иьтате возникновения автоколебаний. [c.58] Для примера, показанного на рис. И, КПД г] 3%, что составляет малую долю от КПД цикла Карно. Но это обстоятельство не лишает подобные устройства практического интереса, поскольку они очень просты и надежны, не имея никаких клапанов и других механизмов. [c.59] Вскоре после опубликования работы [17] термоавтоколебания были получены экспериментально [18] и затем использованы, например, для создания насосов в абсорбционных холодильных машинах [19]. В различных термоавтоколебательных насосах роль поршня играет порция жидкости. [c.59] В последние годы интерес к подобным двигателям возрос, они привлекают внимание как перспективные устройства для преобразования энергии и получили название диссипативных двигателей [20]. Двигатели эти принципиально необратимы, они находятся в тепловом контакте одновременно с горячим и холодным источниками и никогда рабочее тело диссипативного двигателя не бывает в равновесии с источником тепла или холода. Через торцы цилиндра энергия подводится не только в виде теплоты, но и в виде светового луча, а через стенки производится охлаждение. Кроме того, в некоторых вариантах диссипативных машин допускается химическая реакция в рабочем теле, находяш емся в замкнутом объеме. Теоретический предел КПД диссипативных двигателей оценивается в 25%, а 10% считаются вполне достижимой величиной [20]. [c.59] Таким образом, мы можем заключить, что в диссипативном двигателе происходит передача энергии от потока энтропии к потоку механического импульса, т. е. преобразование потока теплоты частично в механическую мош,-ность. Это проявление оттока энтропии, о котором так красочно говорит М. В. Волькенштейн. [c.59] Регулярное движение (термоавтоколебания), которое возникает в потоке энтропии,— это простейший пример самоорганизации. Много других примеров можно найти в упоминавшейся книге М. В. Волькенштейна Энтропия и информация (в частности, конвективные течения в неоднородно нагретой жидкости). В самой общей постановке разнообразные задачи о возникновении регулярных структур из хаотического движения в настоящее время активно изучаются, по данной проблеме проводятся международные конференции последняя из них называлась Хаос-87 . Обзор достижений этой области математики, в которой ведущую роль играют труды советских ученых А. Н. Колмогорова и В. И. Арнольда, опубликовал Д. Кампбелл . [c.60] Потому ЧТО все оттенки смысла Умное число передает. [c.61] Здесь точка обозначает производную по времени, т. е. указывает, что речь идет о потоках эксергии в единицу времени, имеющих размерность мощности. [c.61] Внешними потерями эксергии называют любую из компонент правой части формулы (35) — в круглых скобках, если она выбрасывается в окружающую среду. В этой связи можно дать самое краткое определение понятию вторичные энергетические ресурсы сбрасываемая эксергия. Символом 8 здесь обозначен поток электроэнергии или механической энергии, полностью превратимый в ра--боту. [c.62] Здесь в числителе вполне правомерно складываются эксергии электричества и теплоты, что приводит к недоразумениям, если складывать не эксергию, а энергию. [c.62] Имеется важное принципиальное различие между эксергетическим КПД для турбины и ее изоэнтропическим (внутренним) КПД. [c.63] Здесь h s — энтальпия при изоэнтропическом расширении от состояния 1 до изобары, проходящей через точку 2, а Гер = ( 2 Кз)/ 2 — Si) — средняя температура процесса расширения. [c.64] Сравнивая обе формулы, видим, что они совпадают только при Гер — T i что на практике бывает крайне редко. В газотурбинной установке Гер Го и ri2 11из, а в детандере холодильной машины Гер [ Го и ir]2 т из В МГД Генераторе, где Гер особенно велика, даже при сравнительно низком т]из величина Ц2 остается высокой. [c.64] Чем больше различие Га и Гв, тем ниже т]2 . [c.64] Если пренебречь потерями эксергии в двигателе и тепловом насосе Т12 = т] = 1, то при Гг = 800 К, Гц = = 400 К, Го = 300 К КПЭ = 2,5. Это означает, что идеальный трансформатор теплоты в сравнении с идеальной котельной (т] ° = 1) потребляет в 2,5 раза меньше топлива при выдаче потребителю одинаковой теплоты. В действительности Г)2 0,7 и г 1 0,7. Их произведение / 0,5 и КПЭ = 1,25. Если же Гц = 350 К, то и в этом случае КПЭ = 2,5. [c.65] Отсюда видно, что хорошо спроектированный и выполненный трансформатор теплоты может дать существенное снижение расхода топлива по сравнению с котельной. Но для этого потребитель теплоты должен допускать сравнительно малое отличие Гц от Го — не более 50—100 К. [c.65] Вернуться к основной статье