VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В последние годы предметом практического и даже коммерческого интереса отдельных изобретателей и целых коллективов становится «феномен» получения тепловой энергии из потоков воды с помощью различных гидродинамических устройств, использующих для генерации тепла электрическую энергию приводов насосов. При этом количество получаемой тепловой энергии якобы превышает количество подведенной на электродвигатель эквивалентной энергии, то есть можно сказать, что в таких изобретениях кпд достигает более 100 процентов. Изобретатели и исследователи подобного рода устройств каждый по-своему описывают и объясняют физические процессы, лежащие в основе наблюдаемых явлений. Некоторые изобретатели запатентовали свои разработки в этой области, другие активно рекламируют такие теплогенераторы, вплоть до Интернета. Первыми их тех, кто предложил практически реализовать описанную «возможность», следует считать Ю.С. Потапова, Л.В. Ларионова и других.

Обращаясь к трудам различных авторов, изучавших вихревой эффект, можно выявить множество разногласий как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях. На данный момент среди ученых нет единого мнения о природе возникновения температурного повышения в вихревом теплогенераторе. Сложность изучения данного явления связана с видом движения жидкости в теплогенераторе, так как закрученный поток относится к группе пространственных течений и в поле массовых и центробежных сил происходит непрерывное изменение структуры потока. Такое положение вещей является причиной усложнения механизма протекающих в закрученном потоке процессов и трудностей выявления закономерностей, управляющих этими процессами.

Следует отметить, что такие теплогенераторы обладают рядом преимуществ:

1. Взрыво- пожаро- безопасны в использовании

2. Экологичны

3. Компактны и выскоэффективны по сравнению с другими нагревательными устройствами

Впервые вихревой эффект открыт французским инженером Жозефом Ранком в конце 20-х годов при измерении температуры в промышленном циклоне. Суть его состоит в разделении газа при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции .

На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в обратную сторону, чем на периферии. Парадоксальность эффекта Ранка заключается в том, что центробежные силы во вращающемся потоке направлены наружу. Как известно, более тѐплые слои газа или жидкости должны подниматься вверх, а в случае центробежных сил — стремиться к центру, более холодные имеют большую плотность и, соответственно, должны стремиться к периферии.

В вихревом телпогенераторе в качестве рабочего используется жидкость в отличие от трубки Ранка.

Первым шагом в разработке численной модели является такая постановка научной задачи, которая может эффективно ответить на вопросы, стоящие перед моделированием. Основными интересующими аспектами является описание течения в проточной части вихревого теплогенератора, выявление особенностей течения и определение возможности увеличения величины влияния нагрева.

Для анализа течения жидкости вихревой теплогенератор условно разделен на 5 участков:

• насос

• конфузор

• улитка (завихритель)

• участок трубы от улитки до крестовины

• крестовина.

Были проведены экспериментальные исследования процессов высоконапорных вихревых течений в вихревом теплогенераторе на натурном стенде. Время нагрева 20 литров жидкости до 100 °С составило 630 с. В процессе проведения натурного эксперимента было выявлено выделение конкурентной газовой фазы, предположительно из-за эффекта кавитации.

Также, был проведен расчет поля давлений и поля скоростей в вихревом теплогенераторе с целью выявление причин возникновения паровой кавитации, расчета времени нагрева жидкости до температуры 100°С и сравнения его с опубликованными экспериментальными данными.

Расчет показал, что в жидкости существует зона, в которой давление меньше давления насыщенного пара при комнатной температуре.

Наличие такой зоны свидетельствует о возможности возникновения паровой кавитации.