Вопросы проектирования тепловых двигателей с внешним нагревом

почему-то стала зависеть от высоты ?

Ваш пример надо решать на основе законов астродинамики, они мне неведомы

безумная идея - тепловым насосом понизить окружающую температуру

Пока только удается тепловыми насосами обогревать дома, о генераторах не слышно

Вот другая безумная идея, многие любители увлекаются стирлингостроением , при чем без всякой практической пользы , даже если кто и построит хороший двигатель он его на транспортное средство не поставит , он заведомо будет менее практичным обычного ДВС , конечно можно быть фанатом как тот изобретатель , что перевел мотоцикл "Урал" на чурки, но если нет фанатизма то для чего нужен стирлинг.? Думается он подойдет как стационарная установка- мини электростанция на твердом топливе. Если в будущем законодательство обяжет энергосбытовые компании покупать выработанную на стирлинговых мини установках энергию по льготным тарифам, то постройка стирлиногов будет экономически оправдана. Естественно они должны работать на экологически чистом топливе, на отходах деревообработки и хворосте собранном в окружающих лесах ,. Кстати в лесах процесс накопления отмерших деревьев, сучьев и так далее происходит довольно быстро, что может являться не иссякаемым ресурсом для мелких производителей электричества.

,

если использовать ваш же тезис о том, что нужно нагревать рабочее тело не от нуля, а всего лишь на дельту потерянной температуры, и если принять теплоизоляцию идеальной, то ведь в принципе всё равно, при какой температуре будет работать двигатель

зато мы честно по формуле увеличиваем кпд, хоть до единицы

Вспомнилась статья

Техника - молодёжи 2005-09, страница 20 "От чего трава зеленая"

так в ней убедительно говорилось о извлечение тепла из уже холодного тела, но я не берусь ее комментировать, наверное лучше думать о более простых доступных вещах

такжеж фазовый переход может быть не только при 100с ?

Интересно сравнить удельные характеристики воды как аккумулятора тепловой энергии с другими видами аккумуляторов электроэнергии

Для этого придется удельную емкость энергии в Ватт.час/килограмм перевести в калории.час/килограмм. Это позволит сравнить генерацию электроэнергии из тепловых источников ее хранения с общеизвестными аккумуляторами.

1 калория = 0.001163 ватта*час

1 ватт*час = 859.8452 калории

Ранее я грубо прикидывал расход теплой воды в тепловом двигателе для подводной лодки Если поделить расход теплой воды с Т= 26*С в час, у нас было в расчете 2088 л/час. на мощность 13.6 л/с ,то на одну л/с придется 153 литра теплой воды в час, почти баррель , следовательно на 100 л/с потребуется 15.3 м3/час воды, если за сутки 24 х 15.3 м/3 = 367 м3/ сутки

Главное тут 153 л воды в час с Т=26*С на 1 л/с , напоминаю температура воды на глубине 400м у нас была 6*С, отсюда разница 20*С. умножаем 153 литров на 20*С получаем 3060000 кал .

Продолжаем наш расчет переведем 3060000 калории в час в ватты 3060000 / 859 = 3562 ватт/час

потенциально может содержаться а 153 л воды с разницей температур в 20*С делим ватты на литры получаем удельную энергоемкость воды в ваттах 3562 / 153 = 23 ватт.час/килограмм, смотрим в таблицу видим свинцово-кислотные аккумуляторы .. у них 30 - 50 ватт.час/кг.

Какой можно сделать выводы

1 увеличение температуры воды с 26* до 96* в четыре раза поднимает удельную энергоемкость водяного-теплового-электрического аккумулятора с 23 ватт.час/кг до 90 ватт.час/кг и они приближаются литий-ферро.фосфатным

2 вода как аккумулятор это неплохая альтернатива

потенциально

тепловой двигатель запасёт гораздо больше энергии, если его поднять высоко над землёй

Не тепловые двигатели , как и любые другие, не запасают энергию, он ее тратят.

По поводу аккумулятора на основе горячей воды , если вода под давлением она и при 300*С не закипит до критической точки еще далеко, 218 атм . 374 *С, а 300*С в 15 раз больше 20*С, тогда умножаем полученные в расчете 23 ватт/час/ кг. на 15 ... и... и .. удельная плотность оказалась = 345 ватт/час/кг, еще раз напоминаем у нас КПД теплового двигателя был принят = 20 %. Естественно хранить перегретый кипяток в больших объемах да под давлением 220 атм дело весьма рисковое, но однако. объем в 15 раз меньше потребуется

Не тепловые двигатели , как и любые другие, не запасают энергию, он ее тратят

зачем же вы себе противоречите ?

при его падении обратно на пол выделится 4 джоуля то есть все 100% запасенной энергии перейдут в тепло

Я знаю тогда класный аккумулятор, до него литийферуму как до Китая на коленях.

В общем - берем бак, туда воды. Греем до 374 градусов под давлением в 220атм, поднимаем на самолете повыше - и имеем сотни ватт-часов в каждом литре. А получить эту енергию проще простого - достаточно бак уронить. Все киловатты тут же и выделятся в виде полезной работы по изменению ландшафта.

зачем же вы себе противоречите ?

При работе молотком ваша рука является двигателем , та железка на деревянной ручке накопителем (аккумулятором) той самой потенциальной, сам по себе молоток накопителем не является

При работе молотком ваша рука является двигателем , та железка на деревянной ручке накопителем (аккумулятором) той самой потенциальной,

при работе молотком, обычно, он является накопителем кинетической энергии

сам по себе молоток накопителем не является

сам по себе молоток, например если ронять его со стола на ногу, является накопителем потенциальной энергии

скажите пожалуйста, о каких к чорту двигателях вы нас учите, при незнании элементарной физики за первый класс ?

Разговор о молотках это как пример о том, что не следует формулу (Тнагрев -Тхолод) /Тнагрев расширено применять и вести отсчет от абсолютных отметок, а если к примеру завтра откроют, что абсолютный нуль ниже на два градуса чем сегодня, так значит и КПД всех тепловых электростанций понизится ? эдак можно дойти до того что начать считать КПД в других системах координат , он там совсем по другому может выглядеть, зачем усложнять задачу. При подсчете КПД гидроэлектростанции за основу берут доступный перепад высот воды до плотины и после, и некому в голову не приходит сравнение типа, а вот если турбину поставить в пещере на глубине 2 км ниже плотины, а кокой у нее там будет КПД в сравнении с стой что на поверхности.

некому в голову не приходит сравнение типа, а вот если турбину поставить в пещере на глубине 2 км ниже плотины, а кокой у нее там будет КПД

Так я о том, что следует в расчетах ичспользовать только доступные обстоятельства, а все остальные зачем рассматривать?

Прошу прощения, допустил ошибку в расчета сравнения эффективности воды в паре с тепловым двигателем в качестве аккумулятора с электрическими свинцовыми аккумуляторами , в моем расчете вышло .что 1 литр воды с перепадом температур 20*С может выдать 23 Ватт.кг./час электроэнергии , 1 калория = 0.001163 Ватт.час следовательно для одного килограмма воды 1000 г х 20* С= 20000 кал. умножаем на 0.001163 получаем 23.26 Ватт.час , а у нас КПД преобразования тепла в механическую энергию в нашем двигателе принята 20% ,отсюда выходит один литр теплой воды с Т =26*С и при не ограниченном наличии холодной воды с Т =6*С может дать только 4.6 Ватт.кг./час, конечно мало ,но зато неограниченный ресурс.

Есть смысл проверить расчет потребности нашего двигателя в теплой воде

1 Вт = 1,3596 л.с значит 100 л/с = 73 551 Ватт . 73 551 Ватт делим на 4.6 Ват.ткг/час = 15 989 кг в час или 16 тонн воды в час, в сутки 24 х 16 = 384 тонны. Почти совпало с прежним расчетом, такм образом для подводной лодки типа "Варшавянка" для экономичного хода в 3 узла , на мощности двигателя 73 Квт/ч в течении суток потребуется всего 390 т теплой воды или 10 % от ее подводного водоизмещения которое у нее 3900 т, а надводное у нее 2300 т

Возник вопрос риторический, но интересный, а какую теорию термодинамики лучше использовать на практике, их две, (основных) первая классическая это молекулярно кинетическая теория , когда молекулы "стукаются" друг о друга и этим передают свою энергию движения и вторая , электромагнитная это когда молекулы или атомы обмениваются энергиями волновым способом (упрощенно) то есть излучают и поглощают электромагнитные волны, естественно при этом взаимно сближаясь и удаляясь, При этом все модели газовых законов были построены на основе экспериментов в позапрошлом веке, то есть математически они не выводились , по крайней мере в то время, да сейчас это делать не спешат , типа работает как то закон ну и ладно, чего его еще доказывать

Да вот еще по поводу КПД в тепловых двигателях с газовым рабочим телом, вспомнил, что в пневматических пружинных винтовках КПД от 25-35 % зависит от размеров , калибра и так далее . так вот все винтовки имеют нарезку, которая отбирает часть энергии пульки. если винтовку сделать без нарезки то КПД заметно повысится, а если еще и отдельно ее ствол подогреть на солнышке эдак до 50* С то и КПД выстрела наверное приблизится к 50 % , конечно процесс не обратимый , на цикл Карно непохож, так мы и не стремились к нему.

Помимо тепловых двигателей с газовым рабочим телом, о которых все знают, есть еще другие , менее известные и менее эффективные, но более простые , давно на такой заявку подавал , когда был "маленьким" , конечно отказали, правда и отдаленно похожего аналога не нашли, тогда часто отказывали видно была такая установка сверху.

Наверное не смысла приводить примеры ТД без газообразного рабочего тела , хотя есть остроумные решения , но они безпереспктивные в целом , гораздо интересней доработать стирлинг с его "мутной" логикой, хитрые изготовители многое скрывают , поэтому нахожу их таковыми (честно признался) . но знаю как прояснить конструкцию , однако хотелось бы уточнить как в серьезных образцах решают задачи контроля и компенсации утечки рабочего тела.

Продолжаем нашу тему , очевидно, что нормальный ТД по типу стирлинга с газообразным рабочим телом , но с ясной" логичной " логикой возможно создать на следующих принципах

1 Рабочее тело обязательно должно быть под высоким давлением и как следствие будут его утечки как во время работы. так и после, утечки во время работы придется как то минимизировать и конечно контролировать, причем работа ТД должна быть основана на разнице давлений в двух "симметричных" цилиндрах двигателя отсюда следует, что в них надо поддерживать одинаковое давление, а точнее ОДИНАКОВОЕ количество вещества рабочего тела- газа , для чего придется применять датчики

например пьезоэлектрический датчик давления в качестве манометра типа как на схеме

по одному датчику на цилиндр с последующей обработкой данных на процессоре, для определения среднего давления за период времени, скажем за 1 минуту, ведь оно постоянно меняется с каждым тактом поэтому придется накапливать информацию и статистически находить средние величины давлений по отдельности в каждом цилиндре, для компенсации разницы давлений и подкачки газа из баллона до требуемой величины. Еще раз повторяю, придется постоянно поддерживать одинаковое количество вещества (молей) рабочего тела в цилиндрах.

Deed рекомендовал по ссылке таблицу теоретического КПД...https://domolov.ru/tablica-kpd-dvigatelya-stirlinga.html посмотреть, не известный автор составил , интересно но не знаю на сколько она верна

Из таблицы видно, что если например газ нагрели до 450*С , (магическое число в паровых двигателях), а потом он охладился до 100 *С то КПД можно ожидать 51.74%. Достижим ли такой перепад температур ,вполне возможно внутренние стенки теплообменника нагреть до 550*С, до начала свечения и от них нагреть газ до 450 а с холодильником все сложнее будет, даже если его снаружи охлаждать водой и внутренняя температура стенки составит 60*С то отработанный горячий газ с температурой например 200*С трудно будет быстро охладить до 100* С ,большая площадь теплообменника потребуется.

а если молоток висит на высоте 36 тысяч километров, сколько в нём джоулей ?

mgh же. Только g проинтегрировать, а то с расстоянием уменьшается. Это если молоток висит :wink:

так вот все винтовки имеют нарезку, которая отбирает часть энергии пульки. если винтовку сделать без нарезки то КПД заметно повысится

Только вот пневматическое оружие любой системы не является тепловым двигателем. Даже если там используется для преобразования энергии воздух. Пружинно-поршневая винтовка может стрелять вообще без нагрева воздуха, и иметь при этом высокий КПД (но к сожалению не мощность).

В пневматических двигателях же вся эта термодинамика с нагревом от сжатия лишь источник головной боли и потерь. В гидравлике рабочее тело несжимаемо, и с КПД всё гораздо лучше, до ста он не доходит только из-за трения и вязкости. Однако двигатель на кипении и конденсации воды — явно не пневматический, а в чистом виде тепловой.

то отработанный горячий газ с температурой например 200*С трудно будет быстро охладить до 100* С ,большая площадь теплообменника потребуется.

Вы нашли главную причину сложности и неэффективности реальных стирлингов!

Вы нашли главную причину сложности и неэффективности реальных стирлингов!

А может надо отказаться от высокого начального давления рабочего тела, работать на атмосферном и отработанный еще горячий воздух выбрасывать в атмосферу, как бы применить продувку цилиндра , тогда и холодильник не нужен будет и контроль давления рабочего тела, вот только слишком большой объем цилиндров, "литраж" потребуется