Энергетика сверхзвуковых скоростей или газовоздушный термический цикл эксэрготрансформатора.

Существующие способы преобразования тепловой энергии в механическую работу, открытые в 19 веке, достигли совершенства, и дальнейшее их усовершенствование становится экономически не обосновано. Современная энергетика требует технологий третьего тысячелетия. Предлагаю на рассмотрение принципиально новый способ повышения КПД тепловых двигателей. Основой данного проекта являются несколько общеизвестных фактов термодинамики и дополнительно открытые свойства газов.

1.Общеизвестно, что теоретическая тепловая машина способна выполнять полезную работу только при наличии высокой температуры рабочего тела и низкой температуры холодильника, т.е. срабатывая температурный потенциал.

2.Общеизвестно, что при получении холода в холодильнике, необходимо затратить полезную работу и чем больше разница температур, тем больше работа.

3. Обратный процесс « холодильника» - это возвращение полезной работы и параметров газа в исходное положение, при этом выполняются законы сохранения и второй закон термодинамики. Выполнение этих условий возможно только при безударном сложении потоков газа.

4.Открыт способ безударного сложения потоков газов и изготовлено устройство, в котором он реализуется. Данное устройство названо нами эксэрготрансформатором.

Концепция эксэрготрансформаторного двигателя. Цель разработки – создание двигателя третьего тысячелетия, энергоэффективность которого в 1.5÷ 2 раза превосходит существующие тепловые двигатели. Увеличение КПД их происходит не только за счет максимальной температуры рабочего тела, но и за счет разницы температур холодного воздуха и высокотемпературного рабочего газа, при их сложении в эксэрготрансформаторе. Холодный воздух снижает температуру рабочего тела перед входом в турбину, которая вынесена за пределы термического цикла, поэтому смысл её - это преобразовать потенциальную энергию сжатого в механическую работу. Низкая температура поступающего воздуха в турбину позволяет применять дешевые материалы для её изготовления, а также увеличивает . Работа (эксэргия) термического цикла аккумулируется в сжатом воздухе, температура которого позволяет дальнейшее его преобразование в механическую работу в обычной воздушной турбине. Воздушной турбиной может быть любая существующая газотурбинная установка.

Недостаток – это сверхзвуковые скорости движения газа, при которых максимально увеличивается эксэргия, складываемых потоков газа, сопоставимая с эксэргией высокотемпературного рабочего газа. Данный недостаток легко устраняется при прохождении газа через диффузор, где скоростной напор преобразуется в давление.

Подробно процесс описан в расчете термического цикла эксэрготрансформаторного двигателя.

Планируемый выход на рынок.

Необходимо, не раскрывая Ноу-хау как можно дольше. Разработать и освоить производство эксэрготрансформаторов для различных типов модернизируемых газотурбинных установок различных стран. Смысл в том, что эффект от модернизации газотурбинных установок огромен, поэтому в первоначальный момент будет острый дефицит эксэрготрансформаторов, что может привести к их копированию.Современные турбинные установки достигли совершенства и потери в них эксэргии незначительны 2-3%, поэтому они остаются без изменения. Модернизация заключается в том, что на входе газа в турбину устанавливается эксэрготрансформатор, характеристики которого соответствуют характеристике турбине. В дальнейшем конструктивно турбины останутся без изменения, только снизятся затраты на их изготовления за счет снижение стоимости применяемых материалов, так как турбины выносятся за пределы термического цикла и влияние на их КПД температура не оказывает. После освоения производства эксэрготрансформаторов, раскрывается Ноу-хау и патентуется во всех развитых странах.

Финансовые вопросы.

Заключается договор с инвестором, по которому управление проектом передается инвестору. Совместно участвуем в проектировании, изготовлении и испытании рабочих вариантов образцы продукции. По результатам испытания, образцы направляются в серийное производство.

Расчет термического цикла эксэрготрансформаторного двигателя.

1.В камеру сгорания высокого давления подается: 1кг. топлива с теплотой сгорания равной - 44000КДж/кг. и 9 кг. сжатого до 1,284МПа первичного воздуха с температурой Т.= 597,6 °К. См. изобара А. Энергетический баланс продуктов горения топлива: 1×44000 + 288 + 9 × 597.6 = 496500 : 10 × Ср = 4965°К. Ср – теплоемкость газа примем равную 1КДж/кг. град.

2. Компрессор низкого давления нагнетает в эксэрготрансформатор вторичный воздух в расчете на 1кг. продуктов сгорания 8.308кг. На 1кг. топлива 83,08 кг вторичного воздуха . Параметры вторичного воздуха: Давление 0,3553МПа и температурой 415°К. См. изобара В. Всего в процессе участвует масса - 93.08 кг. воздуха и топлива.

Масса вторичного воздуха определяется расчетом. Работа, выполняемая рабочим газом, создающая разряжение на входе в эксэрготрансформатор, должна быть равна импульсу скорости холодного воздуха, реализующий этот потенциал разряжения. (3448 – 2873)/ (415 – 345.8) = 8,308.

Рабочий газ с потенциальной энергией горения топлива равной 4965.°К, адиабатно расширяется от изобары. А до изобары В, имея температуру 3448°К. в конце процесса расширения. Далее рабочий газ, достигнув изобары В, выполняет работу по созданию во входном объёме эксэрготрансформатора разряжение до Р.= 0,1893МПа, равному критическому давлению и температуры Т = 2873°К.

Внимание!!! Главное, которое трудно понять и объяснить, не раскрывая Ноу-хау. Во входной части устройства, как и везде, действуют законы сохранения: закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса. Взаимодействие этих фундаментальных законов приводит к тому, что для температурного разделения газа необходимо затратить полезную работу, а при сложении потоков, имеющих разность температур можно получить дополнительно полезную работу.

Рабочий газ, выполнив работу в процессе 3-0, создает критическое разряжение, которое назовем потенциальной ямой. Вторичный воздух входит в эксэрготрансформатор с параметрами Р.=0.3553МПа и Т =415°К. На входе в потенциальную яму холодный воздух расширяется до критического давления процесс 4-5 и образует импульс скорости. Свойства потенциальной ямы таковы, что проходя ее газ, возвращается в исходное состояние, т.е. на выходе из нее холодный воздух должен иметь те же параметры, что и на входе в неё. Баланс потенциальной ямы: суммарный импульс скорости холодного воздуха равный работе 575КДж/кг и механическая энергия рабочего газа равная 575КДж/кг.

Начальный момент. Рабочий газ, выполнив работу по созданию потенциальной ямы, встречает предыдущий импульс холодного воздуха. Встречаясь, два потока создают общий поток, в котором происходит обмен: холодный воздух отдаёт импульс скорости рабочему газу, а взамен холодный воздух получает механическую работу, в виде тепла изотермического сжатия процесс 0-6. Законы сохранения энергии и импульса не нарушены и два потока покидают потенциальную яму, при этом рабочий газ увеличивает свой импульс скорости на величину 575 КДж/кг, а холодный воздух возвратился в исходную точку 4. (по диаграмме Т-S). Обмен энергией и импульсом между потоками происходит как столкновение абсолютно упругих тел, при которых сохраняется импульс и энергия. Далее при совместном движении обмен энергией между ними продолжается внутри единого потока. Холодный воздух в изохорном процессе 4-8 поглощает тепло рабочего тела, что приводит к повышению давления воздуха с 0.3583 МПа до 0.635 МПа в точке 8. В дальнейшем поток стабилизируется и вступает в действие уравнение неразрывности потока.

Энергетический баланс: Передача тепла рабочим телом процесс 3-7, 3448 – 785.6=2663 КДж. Полученное тепло холодным воздухом процесс 4-8, (735.5- 415)×8,308=2663 КДж.

Холодному воздуху не хватает тепла, чтобы достичь точки 7, поэтому он забирает полезную работу рабочего газа процесс 3-2 и достигает точки 7, процесс 8-7. Энергетический баланс адиабатных процессов: 3-2 и 8-7.

3865 – 3448 = 417 КДж, (785.6 – 735.5)×8.308=417 КДж.

Распределим оставшуюся работу (эксэргию) рабочего газа по всему потоку: процесс 2-1и 7-10. Энергетический баланс, (4965-3865)/9.308 = 118.2; 785.6 +118,2 =903.8.

Проверим исходный баланс, поступившей энергии в эксэрготрансформатор: (415× 8.308 +4965)/9.308=903.8. Полное совпадение.

Общая работа адиабатного процесс 10-9, (903.8 –433,7)×Ср =470.1 КДж./кг. На один кг. топлива приходится 83,08 кг. вторичного воздуха и 9кг. первичного воздуха. Общая масса будет равна 83,08 +9 +1 = 93.08кг. Полная работа (эксэргия), полученная при сгорании 1кг. топлива, будет равна: 470,1× 93.08 =43757 КДж.

Полная энергия, подведенная в эксэрготрансформатор – 496500 КДж. Вычислим КПД преобразования энергии.

КПД = 43757/49650 = 0,881.

Вычислим полезный КПД, удалив работу компрессоров с полной работы.

А.полезная= 43757 – А.компрессора высокого давления. – А.к.н.д. А.полезная= 43757 – (597.6-288) ×9 – (415-288) × 83,08 = 30420КДж.

Полезное КПД = 30420/44000 =0,691× 100 = 69.1%.

Для реализации проекта нужна мощная современная команда.

При удачной реализации проекта, финансовые возможности компании будут не ограничены. Члены команды так же будут иметь соответствующие финансовые возможности.

Прошу Вас высказывать предложения и вопросы по проекту. По предложениям и вопросам, определяются возможности кандидатов в команду.

Эл. почта: kriloveckijj@rambler.ru