«Малая энергетика

«Малая энергетика. Конкурс».
Способ превращения теплоты окружающей среды в механическую работу.
Все знают, что при обычной температуре все молекулы окружающих нас веществ имеют
энергию своего движения, которая называется теплотой. Но молекулы двигаются
разнонаправлено во все стороны, а для механической работы необходимо обеспечить
направленность такого движения. Если в стакане взбудоражить воду, то она по законам
макромира, через некоторое время успокоится, а для молекулярного движения, даже если
все молекулы воды будут иметь одну скорость, то через некоторое время, по законам
микромира, скорости изменятся до величины известного распределения. Непосредственно
превратить не направленное движение в направленное если можно, то мало эффективно.
Но с помощью молекул постороннего вещества такое эффективнее превращение
возможно. Так как посторонние молекулы с одной стороны имеют конечный объём, а с
другой стороны при взаимодействии с молекулами рабочего вещества не испытывают
направленного противодействия, в отличие от такого воздействия на внешнюю стенку.
Р
Р
V
а
б
в
г
д
V
е
Предположим, мы изотермически деформируем некий газ в объёме двумя поршнями: в
начале перемещается первый поршень (а), потом второй (б), первый возвращается (в),
потом второй (г). На диаграммах объём-давление видна положительная работа газа над
первым поршнем (д) и отрицательная над вторым поршнем (е). Теперь на роль второго
поршня определим молекулы другого вещества. И тогда, так как молекулы рабочего
вещества направленно не воздействуют на такой своеобразный поршень, мы можем им
осуществлять деформацию без противодействия молекул рабочего вещества и в итоге
поучать положительную работу рабочего вещества над внешними силами даже при
постоянной температуре.
Нам необходимо постороннее вещество в качестве наполнителя на молекулярном уровне,
изменять степень присутствия которого нам необходимо при прямой и обратной
деформации рабочего вещества.
Тот факт, что повышение плотности летучего компонента в смеси с нелетучим, повышает
равновесную плотность пара и парциальное давление нелетучего компонента (смотри
график). На графике изображены изохоры нелетучего
компонента, при постоянной плотности летучего
компонента в газе . Для изохоры 2 плотность летучего
Рi
2
компонента выше, чем для изохоры 1.
Такое даже опережающее увеличение плотностей
1
наблюдается у явления обратной конденсации, когда
повышение плотности летучего компонента при
Т
уменьшении объёма приводит к испарению нелетучего
компонента.
На основе вышеизложенного предлагаю простой способ превращения теплоты
окружающей среды в механическую работу на основе рабочего тела в виде смеси
кислорода, углекислого газа и воды, совершающей обратимый изотерический процесс.
1
СО2
Б
2
А
3
В
Q
О2
Q
4
Н2О
На диаграмме фазового равновесия для нашей смеси точка А соответствует составу смеси
в критическом состоянии при давлении около 200 атм., температуре 200С и верхнему
рабочему давлению. Эта смесь при понижении давления, переходит в двухфазное
состояние. Давление подбирается так, что в газе кислород относительно углекислого газа
максимально обогащён, что соответствует концентрации в точке В, для жидкости
концентрация соответствует точке Б, а давление около 50 атм., которое соответствует
нижнему рабочему давлению.
Наш способ предполагает получение полезной работы турбиной 1 рабочей смесью на
перепаде между верхним и нижним рабочим давлении. Далее смесь попадает в
конденсатор 4, где разделяется на газ и жидкость. Для смешивания первоначально
жидкость поступает в смеситель 2, в котором по мере растворения в жидкости газа,
подаваемого компрессором 3, повышается давление, в итоге доходя до критического.
Готовая смесь поступает в турбину.
При таком способе, расширение смеси происходит в газообразном состоянии с
незначительной конденсацией, а сжатие максимально содержит жидкую фазу. Что в итоге
обеспечивает в рабочем цикле при равных давлениях максимальную разницу объёмов
смеси при сжатии и расширении.
Так как конденсатор при конденсации смеси нагревается, то теплоту от конденсатора
необходимо отводить и её вместе с теплотой окружающей среды необходимо подводить к
смесителю, в котором растворение кислорода в жидкости сопровождается охлаждением.
Подвод теплоты из окружающей среды моно осуществлять тепловым насосом и потому
такой двигатель способен работать даже при низких температурах.
Автор Заярный Юрий Леонидович.