Энергия

Всё, что движется и не движется, требует различного рода энергии: то ли тепла, то ли движения. Энергию получают в основном путём сжигания различного рода топлива: дрова, уголь, нефть, газ… Жидкое и газообразное топливо в настоящее время самое популярное: разведал, добыл, переработал, преобразовал в работу, выбросил в атмосферу порцию удушающих газов и всё.

Попробуем рассмотреть все виды вырабатываемой человеком электроэнергии.

Теплоэлектроцентрали в настоящее время являются основным видом выработки электроэнергии. В этом случае энергия добывается путем сжигания различного вида топлива: уголь, нефть, газ.  Миллионы тонн в год происходят ядовитые выбросы в атмосферу и на нашу грешную Землю при сжигании этих углеводородов.

Гидроэлектростанции. Это очень дорогое сооружение. Для этого необходимо перекрыть реку, создать искусственное море, занимающее очень большие территории самых плодороднейших земель в поймах рек, заливающие многие населённые пункты. Эти плотины вредят размножению ценных и не ценных рыб. Судоходству создают определённые помехи. И другие неудобства.

Ядерная энергия? Преступный тупик. Куда девать отходы ядерной промышленности? Они ведь не уничтожаемы! Ещё и самые опасные для здоровья людей.  Во всём мире этой энергии вырабатывается процентов 20 от общего объёма вырабатываемой энергии. 

Термоядерные электростанции? Большие и бесполезные потуги. Это дело далеко не скоро изобретут и изобретут ли вообще. Лёгкие ядра атомов водорода соединяются в более тяжёлые ядра гелия при сказочных параметрах: миллионы градусов и миллионы атмосфер давления. Только в центрах больших звёзд такие параметры могут существовать, в земных условиях это не реально.

Солнечная энергия? 1кв. м поверхности, расположенной перпендикулярно световому потоку на земном расстоянии от солнца, способен нам выдать 1квт мощности. А это не так уж много. Какие же поверхности с собой должно носить транспортное средство?! Снова не реально.

Ветер? А он с капризами: то он есть, то его нет. Прибой? То же самое. Геотермальные электростанции? Какие же дыры в земле надо будет создать? Бурение Кольской глубинной скважины показало, какое это трудоёмкое и кропотливое дело. Наверное, это и всё. А запасы в недрах беднеют с каждым днём. По исследованиям мировой науки через 150 - 200 лет закончатся все запасы. Тупик?!

Энергию нужно искать там, где её предостаточно. Оглядимся вокруг. Что ближе всего к нам? Да воздух же! Просчитаем, сколько энергии он содержит? Параметры окружающего воздуха следующие: давление, Р = 0,1Мпа; средняя температура, Т = 300 К ( при средней +27 град. С); масса атмосферы – миллиарды тонн. Закон физики гласит, что энергия равна произведению удельной тёплоёмкости воздуха Ср = 1000 дж/кг град.,  разницы температур, начальной и конечной, и массы воздуха, равной многим миллиардам тонн. Перемножив все эти цифры, получаем очень большое число. А это уже что-то приличное! И поддержанием количества энергии занимается само Солнце.  А мы ещё знаем закон физики о сохранении энергии, выведенный великим учёным Ломоносовым: она не может ни откуда возникнуть и никуда исчезнуть, она может только преобразоваться в другой вид. При охлаждении 1 куб.м воздуха  на 1 градус получаем 1000 дж энергии или при расходе воздуха через двигатель 1 куб. м/сек, получаем 1000 вт мощности. А, к примеру, газотурбинный двигатель самолёта ТУ-16 имеет максимальный секундный расход воздуха 165 кг/сек. Итого получается 165 000 вт мощности. Или 165 квт. Это уже что-то существенное! Это при охлаждении воздуха только на один градус. Но его можно охлаждать, например, градусов на 100. Кстати температура сжижения воздуха равна 81 градусу Кельвина. 300 - 81=219 градусов Кельвина. Можно сделать вывод, что воздух является идеальным аккумулятором энергии. И он всюду рядом. И очень удобен в использовании. И безвреден. И безопасен. Ни чего не сгорает и не взрывается. И экология не страдает.

Только эту энергию нужно будет как-то отнять у воздуха и по закону физики снова её на место отдать. И такие варианты должны быть.

Пойдём по такому пути. Что такое скорость движения потока? Разберём процесс расширения воздуха при адиабате, ;q=0. Это более упорядоченное движение молекул воздуха в каком-то определённом направлении. При движении в сужающемся канале газ расширяется, скорость и удельный объём увеличиваются, а давление и температура уменьшаются. Т.е. потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию. Если этот поток подогреть, то скорость его ещё увеличится, т.к. его объём увеличился.
Для подхода к делу разберём принцип работы газотурбинного двигателя. Компрессор засасывает воздух из окружающей среды через входное устройство, сжимает его для повышения КПД и направляет его в камеру сгорания. Туда  впрыскивается топливо, сгорает, тем самым подводится к воздуху теплота. Далее газы поступают на турбину, где часть теплоты срабатывается в работу, которая через вал передаётся компрессору для сжатия воздуха. Оставшаяся часть теплоты срабатывается в сопловом аппарате турбореактивного двигателя для создания тяги или на дополнительную турбину в турбовинтовом двигателе для создания крутящего момента на винт. После чего газы, имея ещё достаточное количество энергии, выбрасываются в атмосферу со всеми вытекающими последствиями.

Рассмотрим, что происходит с параметрами потока газа, проходящего через двигатель. При сжатии воздуха в компрессоре увеличивается давление и его температура порядка до 300-400 град. С. А при возникновении разности температур соседствующих тел возникает незамедлительно теплообмен: теплота самопроизвольно начинает переходить от более горячего тела более холодному. В нашем случае происходят потери теплоты в окружающую среду. Далее в камере сгорания температура ещё повышается, что приводит ещё к большим потерям. Ну и на турбине и в сопловом аппарате также часть теплоты уходит в атмосферу. И с выходными газами уходит часть энергии. В настоящее время КПД современных турбореактивных двигателей не превышает 40%.

А что если мы поменяем местами турбину и компрессор, и между ними установим теплообменник и дополнительную турбину. Посмотрим, как будут меняться параметры  протекающего воздуха. При вращении вала двигателя компрессор будет не сжимающим, а вакуумным и он будет засасывать воздух через входное  устройство на вход турбины.

В природе это выглядит так. Солнечные лучи для воздуха считаются практически прозрачными. Они будут разогревать подстилающую поверхность. Подогрев зависит от времени суток, года и цвета. Тёплый воздух легче холодного. Возникают восходящие потоки. Под потоками появляются разрежённые области. Туда начинает стекаться воздух. Появляется ветер. Но тут его подстерегает Кориолисово ускорение, закручивающее поток в вихрь. Разрежение ещё добавляется. Хотя в возникновении ветра и является возникновение разреженной области, ему не мешает на своём пути сносить всё, что ненадёжно закреплено, крыши, ветхие строения, наконец выкорчёвывать вековые деревья.

 В направляющем аппарате турбины воздух будет разгоняться по закону адиабаты: скорость будет увеличиваться, давление, температура уменьшаться, а удельный объём увеличиваться.  Т.е. потенциальная энергия потока будет превращаться в  кинетическую  энергию. Далее на рабочем колесе кинетическая энергия будет превращаться в крутящий момент вала двигателя. Далее воздух поступит в теплообменник, где он  за счёт теплообмена со встречным потоком воздуха, вернувшегося из-за компрессора, восстановит часть потерянной на турбине энергии. Теплообмен в теплообменнике будет происходить по закону изотермы, при этом вся теплота будет превращена в механическую работу, ну, т.е. в скорость. Далее воздух поступит на дополнительную турбину, где он полученную энергию в теплообменнике будет срабатывать в крутящий момент вала. Скорость потока снова приобретёт значение скорости до теплообменника.  Далее воздух поступит на вход компрессора, где он сжимается до давления, равного в воздухозаборнике. При этом его температура возрастёт. Далее воздух возвращается в теплообменник для передачи теплоты встречному потоку из-за турбины, т.к. температура воздуха после сжимающего компрессора будет больше, чем температура на выходе из турбины. Теплоотдача будет происходить тоже по закону изотермы самопроизвольно. Далее воздух покинет двигатель с пониженной температурой, но с давлением, равным  давлению в воздухозаборнике.

Великий учёный  Сади Карно разработал прямой цикл для двигателей и обратный для холодильных установок. Не умаляю заслуг великого учёного прошлого, но я пошёл дальше, применил обратный цикл для двигателей. Он брал теплоту от посторонних предметов, я же брал теплоту от потока воздуха после сжатия в компрессоре и вернувшегося в теплообменник. До этого считалось, что у воздуха энергию невозможно отобрать. Но с помощью моего устройства это сделать возможно.   

Происходит так называемый круговорот энергии в природе. Отобрали часть тепловой энергии у воздуха и вернули её на место. Каждый дом или квартира будет иметь свой генератор необходимой мощности, который будет вырабатывать электроэнергию для необходимых нужд: отопление, свет, холодильник, плита и всё остальное электричество. И ни каких тебе водопроводных труб для отопления, электропроводов к дому. Экономия на проводах, нет стальных и бетонных опор, ужасающе торчащих над землёй и мешающих всему и вся. Меньше поражения электротоком людей и животных. Воздух и всё остальное будет на порядки чище. Железные и транспортные дороги зарастут полезной растительностью. Ведь эти двигатели можно будет устанавливать на любой транспорт: наземный, водный и воздушный.  Так же и на вертолёты. Т.е. экология возрастёт на порядки. А самое главное – решается мировая проблема с окончанием не Земле углеродных запасов полезных ископаемых. Использование на практике этого устройства отменяет все ранее известные способы выработки электроэнергии. ТЭЦ, ГЭС, АЭС, солнечные электростанции, альтернативные устройства: ветряки, геотермальные, и все остальные устройства  - уйдут в прошлое.