Вихревой двигатель
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Концепция вихревого двигателя или атмосферно-вихревого двигателя ( AVE ), независимо предложенная Норманом Луа. [1] и Луи М. Мишо, [2] Целью проекта является замена больших физических дымоходов воздушным вихрем , создаваемым более короткой и менее дорогой конструкцией. AVE вызывает завихрение на уровне земли, в результате чего образуется вихрь, похожий на естественный смерч или водяной смерч .
В патенте Мишо утверждается, что основное применение заключается в том, что поток воздуха через жалюзи в основании будет приводить в движение тихоходные воздушные турбины, генерируя двадцать процентов дополнительной электроэнергии за счет тепла, которое обычно теряется на обычных электростанциях. То есть предлагаемое основное применение вихревого двигателя — это « нижний цикл » для крупных электростанций, которым необходимы градирни.
Заявка, предложенная Луатом в его патентных заявках, призвана обеспечить менее дорогую альтернативу физической солнечной башне с восходящим потоком воздуха . В этом случае тепло обеспечивается большой площадью земли, нагретой солнцем и покрытой прозрачной поверхностью, удерживающей горячий воздух, как в теплице . Вихрь создается путем отклонения лопастей, установленных под углом к касательной внешнего радиуса солнечного коллектора . Луат подсчитал, что минимальный диаметр солнечного коллектора должен составлять более 44 метров, чтобы собирать «полезную энергию». Аналогичное предложение – исключить прозрачную крышку. [3] Эта схема будет управлять дымоходом-вихрем теплой морской водой или теплым воздухом из окружающего поверхностного слоя земли. В данном случае приложение сильно напоминает пылевой дьявол с воздушной турбиной в центре.
хорватские исследователи Нинич и Низетич (с факультета электротехники, машиностроения и военно-морской архитектуры Университета Сплита ). С 2000 года эту технологию разработали также [4] и патенты. [5] [6]
Группа исследователей солнечной энергии из Технологического университета Петронас (UTP) в Малайзии под руководством профессора Хуссейна Х. Аль-Кайема разработала первый экспериментальный прототип технологии солнечной вихревой генерации энергии (SVPG), которая использует солнечную энергию в качестве источника тепла. [7] Затем базовый прототип подвергся ряду доработок и улучшений характеристик за счет интеграции с разумным накопителем тепловой энергии (TES) и модификации конструкции вихревого генератора. Команда провела и опубликовала экспериментальную оценку, теоретический анализ и компьютерное моделирование SVPG и собрала результаты в книге, в которой обобщаются основы этой технологии. [8]
Теория работы
[ редактировать ]
(применимо в первую очередь к патенту Мишо)
При работе вихрь центростремительно выбрасывает более тяжелый и холодный внешний воздух (37) и, следовательно, образует большую трубу горячего воздуха низкого давления (35). электростанции Он использует около двадцати процентов отходящего тепла для приведения в движение воздуха. В зависимости от погоды большая станция может создать виртуальный дымоход высотой от 200 м до 15 км, эффективно отводя отработанное тепло электростанции в более холодные верхние слои атмосферы с минимальной структурой.
Создание вихря начинается с кратковременного включения диффузионного нагревателя (83) и электрического привода турбин (21) в качестве вентиляторов. При этом слегка нагретый воздух перемещается в арену вихря (2). Воздух должен иметь лишь небольшую разницу температур, поскольку большие разницы температур увеличивают смешивание с холодным окружающим воздухом и снижают эффективность. Тепло может исходить от дымовых газов, выхлопов турбин или небольших газовых обогревателей.
Воздух на арене поднимается (35). При этом через направляющие жалюзи (3, 5) втягивается больше воздуха (33, 34), что приводит к образованию вихря (35). На ранних стадиях поток внешнего воздуха (31) ограничивается как можно меньше за счет открытия внешних жалюзи (25). Большая часть тепловой энергии сначала используется для запуска вихря.
На следующем этапе запуска нагреватель (83) может быть выключен, а турбины (21) обойдены жалюзи (25). В это время низкотемпературное тепло от внешней силовой установки вызывает восходящий поток и вихрь через обычную поперечную градирню (61).
Поскольку воздух выходит из жалюзи (3, 5) быстрее, скорость вихря увеличивается. Импульс воздуха вызывает центробежные силы, действующие на воздух в вихре, которые уменьшают давление в вихре, еще больше сужая его. Дальнейшее сужение увеличивает скорость вихря, поскольку сохранение импульса заставляет его вращаться быстрее. Скорость вращения задается скоростью воздуха, выходящего из жалюзи (33, 34) и шириной арены (2). Более широкая арена и более высокая скорость жалюзи создают более быстрый и плотный вихрь.
Нагретый воздух (33, 34) из поперечной градирни (61) поступает на бетонную вихревую арену (2) через два кольца направляющих жалюзи (3, 5, высота увеличена для наглядности) и поднимается вверх (35). Верхнее кольцо жалюзи (5) герметизирует конец вихря низкого давления толстой относительно высокоскоростной воздушной завесой (34). Это существенно увеличивает разницу давлений между основанием вихря (33) и наружным воздухом (31). В свою очередь, это повышает эффективность силовых турбин (21).
Нижнее кольцо жалюзи (3) передает большие массы воздуха (33) практически прямо в конец вихря с низким давлением. Нижнее кольцо жалюзи (3) имеет решающее значение для получения больших массовых потоков, поскольку воздух из них (33) вращается медленнее и, следовательно, имеет меньшие центростремительные силы и более высокое давление в вихре.
Пневматические турбины (21) в сужениях на входе в градирню (61) приводят в движение электродвигатели-генераторы. Генераторы начинают функционировать только на последних этапах запуска, так как между основанием вихревой арены (33) и наружным воздухом (31) образуется сильный перепад давления. В это время перепускные жалюзи (25) закрываются. .
Стена (1) и выступ (85) удерживают основание вихря (35) при окружающем ветре, экранируя низкоскоростное движение воздуха (33) в основании арены и сглаживая турбулентный поток воздуха. Высота стены (1) должна в пять-тридцать раз превышать высоту жалюзи (3, 5), чтобы удерживать вихрь в условиях нормального ветра.
Чтобы обеспечить безопасность и износ арены (2), запланированная максимальная скорость основания вихря (33) составляет около 3 м/с (10 футов/с). Образующийся вихрь должен напоминать скорее большой, медленный пылевой сгусток водяного тумана, чем сильный торнадо. В необитаемых районах могут быть разрешены более высокие скорости, чтобы вихрь мог выжить при более сильных ветрах.
Большинство неназванных пронумерованных элементов представляют собой систему внутренних жалюзи и водяных насосов, регулирующих скорость воздуха и нагрев при запуске двигателя.
Критика и история
[ редактировать ]В ранних исследованиях не было абсолютно ясно, можно ли сделать это возможным из-за разрушения вихря боковым ветром. [9] [10] Это побудило более поздние исследования с эмпирической проверкой модели CFD в аэродинамической трубе, в которых был сделан вывод: «Полномасштабное моделирование бокового ветра показывает, что боковой ветер не влияет на мощность производства электроэнергии». [11]
Мишо построил прототип в Юте вместе с коллегой Томом Флетчером. [12]
Кроме того, согласно заявке на патент Мишо, первоначально прототип конструкции представлял собой 50-сантиметровый «огненный вихрь» с бензиновым двигателем.
Лаборатория аэродинамической трубы Университета Западного Онтарио, благодаря начальным инвестициям Центра энергетики ВВЦ, изучает динамику однометровой версии вихревого двигателя Мишо. [13]
Breakout Labs основателя PayPal Питера Тиля спонсировала тест AVE, выделив (2012 г.) грант в размере 300 000 долларов. [14] Предварительные результаты (2015 г.) были опубликованы в The Atlantic. [15]
Значения
[ редактировать ]Термин «Вихревой двигатель» также относится к новому виду двигателя внутреннего сгорания. [16]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Международная патентная заявка Луата — PCT/AU99/00037. Номер международной публикации WO0042320 [1]
- ^ Патент США Мишо - US 2004/0112055 A1, «Атмосферный вихревой двигатель».
- ^ Атмосферный вихревой двигатель
- ^ Сандро Низетик (2011). «Техническое использование конвективных вихрей для безуглеродного производства электроэнергии: обзор». Энергия . 36 (2): 1236–1242. дои : 10.1016/j.energy.2010.11.021 .
- ^ Патент Ниника - HRP20000385 (A2), опубликован в 2002 году, название: «СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, ВКЛЮЧАЯ ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ВИХРЬ» [2]
- ^ Патент Низетика - WO2009060245, опубликованный в 2009 г., название: «СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С КОРОТКИМ ДИФФУЗОРОМ» [3]
- ^ Аль-Кайем, Хусейн Х.; Мустафа, Аяд Т.; Гилани, Сайед АйЮ (01 июня 2018 г.). «Солнечный вихревой двигатель: Экспериментальное моделирование и оценка» . Возобновляемая энергия . 121 : 389–399. doi : 10.1016/j.renene.2018.01.051 . ISSN 0960-1481 . S2CID 115355306 .
- ^ «Солнечный вихревой двигатель/978-3-330-06672-4/9783330066724/3330066725» . www.lap-publishing.com . Проверено 29 июня 2020 г.
- ^ Мишо Л.М. (1999). «Вихревой процесс улавливания механической энергии во время восходящей тепловой конвекции в атмосфере» (PDF) . Прикладная энергетика . 62 (4): 241–251. дои : 10.1016/S0306-2619(99)00013-6 . Архивировано из оригинала (PDF) 28 сентября 2006 г. Проверено 10 июля 2006 г.
- ^ Мишо Л.М. (2005) «Атмосферный вихревой двигатель» (PDF) . (198 КиБ )
- ^ Дивакар Натараджан Кандидатская диссертация
- ^ Штедтер, Трейси (9 ноября 2005 г.). «Фальшивый торнадо дает энергетике новый поворот» . Азбука науки . Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ Кристенсен, Билл (24 июля 2007 г.). «Вихревой двигатель: прирученные торнадо могут генерировать энергию» . ООО "Техновелджи" . Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ Бойл, Ребекка (18 декабря 2012 г.). «Последний любимый проект Питера Тиля: энергия, основанная на торнадо» . Популярная наука . Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ «Как построить Торнадо» .
- ^ «Торический вихревой вращающийся двигатель» .
