Внимание!
Предложения и заявки заказчиков

Размещение рекламных материалов

коммерческая реализация изобретений - ООО 'Адвансед Девелопмент Проджект' смотреть>>>

Требуются разработки по средствам контроля и ограничения по количеству дисковых операций производимых одним пользователемдля хостинг провайдера. смотреть>>>

Требуются разработки по использованию низкопотенциальной энергии смотреть >>>

«Двурогий» pustula* и эффект Меркулова

«Профессору Куйбышевского авиационного института (ныне Самарский государственный авиакосмический университет - СГАУ) Александру Меркулову и созданной им в конце 50-х Отраслевой научно-исследовательской лаборатории N9 тепловых двигателей и холодильных машин (ОНИЛ-9 Министерства авиационной промышленности), принадлежит приоритет в открытии принципиально нового нагревательного прибора - теплогенератора, работающего на вихревом эффекте. До Меркулова никому в голову не приходило запустить в "трубку Ранка" жидкость, так как в отличие от газов она несжимаема, и эффектов разделения потоков на холодный и горячий никто не ожидал. В самом деле - разделения не произошло. Однако учёный получил ошеломивший его результат: пропущенная через "улитку" вода быстро нагревалась.

Объяснить сверхэффективный - с кпд почти 100% - нагрев жидкости Меркулов не смог. Предполагалось, что речь, скорее всего, идёт о микрокавитационных процессах, образующихся в вихревой жидкой среде, когда выброс энергии происходит за счёт "схлопывания" образовавшихся в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью, - кавитационных пузырьков или каверн. Однако и это до конца не объясняет физику процессов, происходящих в вихревом нагревателе, поэтому в научном сообществе эффект вихревого теплогенератора официального признания так и не получил» (цитата из материалов Интернета, из статьи И. Имамутдинова «Ураган из улитки»).

А если подойти к объяснению «эффекта Меркулова» с другой стороны? Правда, сначала надо разобраться с тем, какого рода пузырьки образуются в вихревой жидкой среде.

Механизм образования пузырьков при воздействии на жидкую среду, например, достаточно мощного ультразвукового поля попытался объяснить ешё в 1940 году академик Я.И. Френкель. По его мнению, в основе рождения кавитационного пузырька лежит чечевицеподобная полость, образующаяся в результате мгновенного действия сил растяжения в жидкости. Объём полости также мгновенно заполняется газами и парами самой жидкости. Поскольку у сферы наилучшее соотношение между объёмом и поверхностью в сравнении с другими геометрическими формами, то чечевицеподобная полость приобретает сферическую форму.

Совершенно иначе идет образование пузырьков в вихревой жидкой среде. Между пристеночным пограничным слоем вихревой трубки и периферийным скоростным потоком жидкости образуется тончайший подслой, в котором идёт процесс образования огромного множества вихревых молей. Этому способствуют колоссальные сдвиговые напряжения, испытываемые каждым элементарным объёмом жидкости. В результате элементарный объём жидкости «раскручивается», а возникший вихревой моль жидкости обладает, как известно, своим гравитационным полем. Внутри вихревого моля образуется полость веретёнообразной формы, заполненная газами и парами самой жидкости, которая, как и в случае с кавитационной полостью, в конечном итоге приобретает сферическую форму. Но пузырёк жидкости, рожденный вихревой жидкой средой, отличается от кавитационного тем, что у него имеется пара диаметрально расположенных незавершённых вихревых образования. Их пока даже нельзя называть вихрями или вихревыми шнурами, поскольку вихрь должен быть опёрт своими торцами на какие-то поверхности или замкнут сам на себя. Этого требует теория.

Незавершённость вихревых образований делают пузырёк подвижным и, как это ни странно, «агрессивным» (в чём заключается «агрессивность», будет сказано ниже). Если на дистанции длины незавершённого вихревого образования обнаруживается, например, соседний пузырёк, то одно из незавершённых вихревых образований мгновенно перерождается в вихревой шнур. То же самое происходит при сближении пузырька с поверхностью твёрдой стенки, то есть, между ним и стенкой образуется вихревой шнур.

В трудах М.А. Маргулиса, основоположника звукохимии, приводится множество фотографий пузырьков в жидких средах, на поверхностях которых отчётливо видны вихревые шнуры. Конечно, для наглядности фотоизображений автором подбирались достаточно крупные пузырьки, радиусами от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Но почему бы не предположить наличие вихревых образований и шнуров у значительно меньших по размерам пузырьков? Например, радиусами в сотню-другую нанометров? Закономерность должна быть соблюдена в любом случае и при любых размерах!

Главной проблемой процессов передачи тепла в теплообменных аппаратах является интенсификация тепломассопереноса из ламинарного подслоя, прочно удерживающегося на поверхности теплопередающей стенки, в основную нагреваемую среду жидкости, которая, якобы, должна омывать теплопередающую стенку. На самом деле, основная масса нагреваемой среды даже не соприкасается с теплопередающей стенкой. Ламинарный подслой представляет собой главное гидродинамическое и термическое сопротивление, поскольку коэффициент теплопроводности любой жидкости гораздо (на порядок-два, а то и на три) меньше коэффициента теплопроводности любого металла, - меди, алюминия, стали, чугуна, серебра, - из которого выполнен теплообменный аппарат. Кстати, авторы специальной технической литературы, подчёркивая прочность сцепления ламинарного подслоя с поверхностью стенки и, следовательно, трудность разрушения слоя, прибегают к производным словам от глаголов «клеить», «приклеить».

На какие только ухищрения не пускаются разработчики теплообменников. Тут и попытки использования наиболее теплопроводящих металлов с одновременным утонением теплопередающих стенок; густое и частое оребрение; «игры» со скоростями потоков (хотя давно доказано, что с ростом скорости потока уменьшается толщина подслоя, но разрушение его так и не происходит); использование турбулизаторов конструкций Сикорского или фирмы Лаваль. Напридумано очень много всякого, но проблема всё равно остаётся. Вся цель этих ухищрений – разрушить и уничтожить ламинарный подслой. Только вот беда, цена процессов теплообмена из-за подобных конструкторских игрищ постоянно растёт.
На этом фоне эффект Меркулова является идеальным решением проблемы интенсификации процессов тепломассопереноса и теплообмена в целом. Нет нужды встраивать в теплообменник турбулизаторы все новых и новых конструкций, поскольку в нагреваемой жидкости, если её предварительно прогнать через специальное вихревое устройство, появляются свои «встроенные турбулизаторы» в виде мельчайших пузырьков.

Действительно, стоит парогазовому пузырьку с его парой незавершённых вихревых образований приблизиться к теплопередающей стенке, как мгновенно между ним и твёрдой стенкой появляется вихревой шнур. В месте соединения шнура с поверхностью стенки сразу же идёт процесс локального разрушения ламинарного подслоя. Множество таких пузырьков способно полностью разрушить ламинарный подслой на всём его протяжении. Тепло от стенки способствует развитию микровихря, увеличению степени закрутки, что, в свою очередь, вызывает рост диаметра пузырька в поперечном сечении. В итоге, пузырёк либо отрывается от поверхности стенки под действием архимедовых сил, унося при этом полученное количество тепловой энергии, либо сносится потоком, либо «схлопывается». В любом из этих случаев тепло от стенки быстрее и гораздо интенсивнее передаётся в основной нагреваемый объём жидкости.

Разумеется, в технологической схеме оборудования появляется новая единица в виде устройства, генерирующего множество пузырьков в объёме нагреваемой жидкости. Цена этой единицы, естественно, переносится в стоимость затрат. Но эти затраты могут быть компенсированы использованием более простых и, следовательно, более дешёвых теплообменных аппаратов, в конструкциях которых нет сложных и дорогостоящих турбулизирующих элементов, отсутствует оребрение.

Технология дестратификации (буквально – «препятствование расслаиванию», см. журнал "Техника - молодёжи"  №12, 2006), суть которой заключается именно в генерировании огромного множества микроскопических парогазовых пузырьков в жидкой среде, полностью оправдывает своё название. Но в отличие от опытов Меркулова с «улиткой» или трубкой Ранка, используется несколько иное техническое решение для генерирования парогазовых пузырьков, хотя принцип остаётся таким же. Это позволило увеличить их количество на удельный объём на порядок-два, может быть, и больше, - автором пока не найден корректный способ «подсчёта» количества пузырьков, скажем, на кубический миллиметр жидкости. Парогазовые пузырьки, создаваемые дестратификатором, способствуют разрушению ламинарного подслоя теплопередающих поверхностей теплообменников, интенсифицируя тем самым процессы тепломассопереноса.

Кроме того, парогазовые пузырьки с их незавершёнными вихревыми образованиями ведут себя чрезвычайно агрессивно по отношению к всевозможным грязевым частицам на твёрдых поверхностях сосудов, трубопроводов, в которых заключена жидкость. Это не просто флотация, то есть, унос грязевых частиц пузырьками в результате действия сил поверхностного натяжения, а именно агрессия. В ходе экспериментов в начале 2007 года с дестратификатором на одной из нефтебаз наблюдалась впечатляющая картина: парогазовые пузырьки очищали поверхность металла ёмкости от грязи и ржавчины, других механических отложений более чем двадцатилетней давности до придания поверхности металла первозданной чистоты. Местами вплоть до обнажения чёрной плёнки окалины, присущей прокатным технологиям.

Физику механизма агрессии можно объяснить на примере работы незавершённого воздушного вихря, возникающего, как правило, в местах турбулизирования ветровых потоков в городских условиях. Их можно наблюдать достаточно часто. Каждый человек много раз видел, как во дворах и на улицах возникающий воздушный незавершённый вихревой поток собирает и концентрирует мусор, песок, пыль в центре вращения потока. И не просто собирает, но приподнимает над поверхностью, перемещает. То есть, совершает механическую работу. По аналогии с этим можно себе представить, как вихревой шнур парогазового пузырька работает на твёрдой поверхности металла сосуда, трубопровода. Он отрывает грязевые частицы от твёрдой поверхности и собирает, концентрирует их на поверхности пузырька. При возбуждении вихревого потока, например, в результате процесса теплообмена, увеличившийся в размерах парогазовый пузырёк отрывается от поверхности и уносит с собой грязевые частицы.

Хорошо известно, что налёт грязи и отложений на поверхности теплопередающей стенки теплообменника толщиной хотя бы в десятые доли миллиметра, может снизить кпд теплопередачи, даже не на проценты, а - в разы. В мощных энергетических котлах подобные отложения приводят к перегреву металла и местному разрушению, разрыву участка трубопровода, сосуда. Использование эффекта Меркулова должно снизить аварийность подобного рода, повысить эффективность и экономичность работы агрегатов. И для этого всего-то нужно разобраться с природой действия микровихрей на поверхности парогазовых пузырьков.

Не касаясь темы вихревого извлечения тепла из жидкой среды, следует сказать о главном. Даже если не будет физически строго доказано, что реально существует способ вихревого нагрева жидкости, то интенсификация процессов теплообмена с помощью огромного множества парогазовых пузырьков, получаемых методом Меркулова, является одним из самых значительных достижений вихревых технологий на исходе ХХ века. Это открытие заслуживает того, чтобы носить имя своего автора и впредь именоваться «эффектом Меркулова».

Есть ещё один интригующий момент данной, весьма обширной темы. Но высказать его пока можно только в виде фантастического предположения и очень осторожно, дабы не впасть в физическую ересь.

Начала термодинамики создавались гением Сади Карно** в условиях, когда в науке главенствовала вещественная теория тепла. То есть, теплота рассматривалась как некая «тонкая материя», как невесомые флюиды «теплорода», свободно перетекавшего от горячего тела к холодному. Живучесть подобных представлений отражается в широком использовании таких терминов, как «теплоноситель», «теплоёмкость», «аккумулятор тепла», «теплоперенос» и т.д. «Внутренняя энергия» подменяется понятием «тепловая энергия». Сам С. Карно в своих работах интуитивно ощущал, что в существующей вещественной теории тепла далеко не всё в порядке и чуть ли не в каждом своём утверждении делал оговорки, в которых осторожно подвергал сомнению существование «теплорода».

Но, если целиком и полностью встать на позиции господствующей ныне молекулярно-кинетической модели теории тепла, отречься от понятия «тепловая энергия» и строго придерживаться понятия «внутренняя энергия», введённого Р. Клаузиусом*** через двадцать шесть лет после публикаций С. Карно, то поневоле появляется желание выдвинуть идею о возможности создания некоего «теплопровода». То есть, предположить, что со временем удастся создать некий объект, некое техническое устройство, в объёме которого однажды увеличившаяся внутренняя энергия в одном конце будет с некоторой скоростью передаваться на другой конец. И этот процесс нельзя будет сравнивать с процессом теплопроводности стенки из-за наличия скорости передачи, но полностью будет идентичен ему. Расстояние передачи увеличивающейся внутренней энергии, вполне возможно, будет измеряться метрами, десятками и сотнями метров. А скорость будет гораздо выше той, с которой перекачиваются сегодня так называемые «теплоносители». При этом затраты энергии на перекачку могут исчезнуть полностью.

Действительно, почему бы не предположить, что жидкость удалось каким-то образом насытить парогазовыми пузырьками с незавершёнными вихревыми образованиями до такой степени, когда они стеснены в объёме так, что непременно соединяются между собой вихревыми шнурами. Тогда увеличение внутренней энергии жидкости в одном месте должно вызывать интенсивную её передачу в другое место путём цепного возбуждения микровихрей от пузырька к пузырьку. При этом сама жидкость, основная её масса, остаётся практически неподвижной! Данное предположение нисколько не противоречит законам термодинамики, поскольку в их основе лежит принцип эквивалентности механической работы соответствующему количеству внутренней энергии. То есть, однажды увеличившаяся внутренняя энергия жидкости в одном месте вызовет возбуждение механической работы микровихря, которое по цепи «вихрь - пузырёк - вихрь» в её конечной точке приведёт к увеличению внутренней энергии жидкости в другом месте.

Следующим шагом предположения является желание поместить эту необыкновенную жидкость в трубу, стенки которой абсолютно надёжно изолированы от окружающей среды, кроме тех участков, с которых «снимается» переданная внутренняя энергия для определённых целей в нужных количествах. Кпд такой передачи, может быть, будет по величине не меньше, чем кпд передачи тепла прокачкой «теплоносителя». Существуют электропровод, магнитопровод, светопровод (оптическое волокно). Почему бы не появиться «теплопроводу»? Эффект Меркулова даёт шанс решить эту, фундаментальную по сути, задачу.

Если когда-нибудь удастся создать подобные «теплопроводы», то всё, что относится к теплоэнергетике и к энергетике вообще, приобретут совершенно иные качества и свойства. Иными станут облик и устройство нынешних тепловых машин и двигателей. Совершенно иными станут окружающие человека аппараты и инженерные средства обеспечения энергией, теплом, движением и связью.



_copy.jpg






































____________________________________________________

*) Pustula – в переводе с латинского означает «пузырь».

**) Сади Карно (1796-1832) – создатель основ термодинамики. Автор книги (объёмом в 118 страниц, тиражом – 600 штук, 1824 год) «Размышления о движущей силе огня и машинах, развивающих эту силу». Удивительно, но люди пишущие об истории науки, почему-то делают вид, будто не знают о том, что «королева наук» - термодинамика, - создана... инженером. Причём, военным инженером, артиллеристом.

***) Рудольф Клаузиус (1822–88) – немецкий физик

Дополнение от 11.02.09:

Началось финансирование НИОКР по данной теме. Результаты исследовательской части НИОКР надеюсь опубликовать здесь же для ознакомления всех заинтересованных посетителей сайта.

Небольшая вставка в текст статьи, в которой высказывается гипотетическое предположение о механизме образования устойчивых микроскопических пузырьков:

"...В предлагаемой к рассмотрению конструкции установки, идея А.П. Меркулова дополнена тем, что на цилиндрическую стенку, омываемой раскрученным потоком жидкости, наложены упругие механические колебания низкой частоты (300...400 Гц). То есть, стенка совершает колебательные движения, скорости которой периодически - то совпадают с линейной скоростью закрученного потока жидкости, то направлены в противоположную сторону. Если А.П. Меркулов прав в своих предположениях, то в данном случае создаются практически идеальные условия для зарождения огромного множества раскручиваемых элементарных объемов жидкости. Приближенные расчеты показывают, что, например, элементарный объем жидкости, имеющий в поперечном сечении квадрат со сторонами в 10 микрон, при расчетной амплитуде колебаний стенки в 0,3 мм, раскручиваясь, приобретает частоту вращения почти  в 40 миллионов оборотов в минуту. Возникающие при этом центробежные силы, действующие на жидкость, столь велики, что вдоль оси вращения непременно образуется пустота веретенообразной формы, мгновенно заполняемая парами самой жидкости и газами, содержащимися в жидкости.


Если предположения А.П. Меркулова о механизме зарождения парогазовых пузырьков справедливы, то мы получаем сравнительно более простой и менее энергоемкий способ получения микропузырьков в сравнении с кавитационными процессами. К тому же, получаемые таким образом пузырьки, почти однородны в своей массе по размерам. Остается исследовать устойчивость системы "газ (в объемах пузырьков)/жидкость" на долговременность существования, как при нормальных физических условиях, так и при прочих внешних условиях. Необходимо одновременно исследовать физические, физико-химические свойства различных жидкостей, насыщенных микроскопическими парогазовыми пузырьками. Что и является основной темой предстоящих НИОКР".

Комментарии   

 
#4 derwish 23.03.2009 15:05
не стоит так раздражаться.

базовые эффекты мы используем, но не рассказываем что это впервые в мире и не называем это страшными малопонятными словами.

Потапова - не беспокоим, но напоминаем, что он эти занимался еще в эпоху динозавров

"пустой и непродуктивной" - Вам кажется ... и что ? не думаете же Вы что Ваше мнение в этом вопросе конечно и заключительно. Для Вас - будет полезнее что бы Вы оплатили свой патент 2198019, так как он закончился. А для всех остальных - прежде чем читать незнакомые термины, просто подумать, а может их сам изобретатель придумал ??? что бы просто выделиться и назвать давно известное - НОВЫМ, НАНО.. Своим, может все проще ? да и дешевле ...

Вот о чем речь.
Цитировать
 
 
#3 fatihamza 23.03.2009 14:46
Цитирую derwish:
Не стоит Меркулову присваивать то что давно всем известно


Если давно всем известно, что же не используете?!

Цитирую derwish:

и есть гораздо более эффективные системы для получения кавитации чем модернизированная трубка Ранка


Да таких способов - море и маленькая тележка! Но лично я не вижу смысла заниматься кавитацией и кавитационными методами. Пустое и непродуктивное это дело.

Цитирую derwish:

читаем устаревшие работы Потапова и Фоминского,

Потапов с Фоминским - динозавры. Зачем их тени беспокоить?!
Лучше зайдите по ссылке: http://moiidei.com/tehnika-tehnologii/zhidkostnyiy-mgd-generator-bezmashinnyiy-sposob-pryamogo-preobrazovaniya-teplovoy-energii-v-elektroe.html
Цитировать
 
 
#2 derwish 23.03.2009 12:35
"До Меркулова никому в голову не приходило запустить в "трубку Ранка" жидкость, так как в отличие от газов она несжимаема, и эффектов разделения потоков на холодный и горячий никто не ожидал. В самом деле - разделения не произошло. Однако учёный получил ошеломивший его результат: пропущенная через "улитку" вода быстро нагревалась"

это НЕПРАВДА !!!! струйные вихревые нагреватели производились серийно в Украине и в РФ, в Украине они до сих пор производятся и есть масса модификаций
Цитировать
 
 
#1 derwish 23.03.2009 12:27
Не стоит Меркулову присваивать то что давно всем известно и используется - «дестратификато р» - придуманное слово для описания всем известных процессов.

и есть гораздо более эффективные системы для получения кавитации чем модернизированн ая трубка Ранка, читаем устаревшие работы Потапова и Фоминского, или покупаем эти системы тут http://www.afuelsystems.com/ru/models-ru.html
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Комментарии