Турбина на фреоне

[petr2off]

Добрый день. Пригласили тут на дискуссию в нашу Академию наук. Там господа ученые решили окучить грант по безуглеродной энергетике. Основная идея у них такая - скрестить тепловой насос с фреоновой турбиной. У фреоновой турбины предполагается параметры следующие (вход: 38 бар, 100 градусов Цельсия, выход: 5 бар -7 градусов Цельсия).

Показали свои расчеты, и я слегка охренел. Они технический кпд турбины (он в расчетах указан 50%, приняли за КПД тепловой машины).
Когда я указал, что даже по циклу Карно, предельный кпд машины 28% при этих параметрах, который мы еще должны умножить на кпд турбины (получаем 20%). А еще есть генератор с небольшими потерями (который кстати они крутить собрались со скоростью 50000 об/мин. А еще там по мелочи наберется потери на питательном насосе (который из их схемы выпал вообще). Ну ладно, пусть будет 20%.
Это означает, что COP насоса должен быть больше 5, потому как если меньше - то нужно из вне подавать энергию - что бы эта хрень крутилась.

Далее мне начали объяснять про новую термодинамику, которой цикл Карно не указ. Схему они кстати привели следующую - серийный тепловой насос, где есть компрессор и дросселирующий клапан, логика такая - мы вместо клапана поставим турбину - и вуаля - у нас все получается.

Наверно я что то плохо объясняю, или инженерам механикам про техническую термодинамику ничего не говорят.
Если я не прав - ткните где ?

[Jackson]

А еще есть генератор с небольшими потерями (который кстати они крутить собрались со скоростью 50000 об/мин.

Дальше можно не разбираться. Можно во флудилку.

У них где-то в расчётах либо число Пи принято равным 3000 примерно, либо сердечники трансформаторов из дерева заложены.

Отправлено спустя 3 минуты 7 секунд:

[petr2off]

Ну меня попросили разобраться в проблеме - а у меня мозг сразу заклинило

[Jackson]

[+]

В прошлой конторе как-то пришёл запрос на создание малогабаритных ГРЩ. Настолько малогабаритных что всем было понятно что это фантастика. Но запрос есть - поручили дать аргументированный ответ. Инженеры почесали репу, и получилось что ГРЩ такой сделать всё-таки можно. Только он должен быть сферической формы (реально шар), с криогенной охлаждающей установкой, и из него надо будет откачать воздух, т.е. создать вакуум. Тогда нормально - в требования вписываемся. Такой ответ и дали. Зато ни у кого такого не было бы! Обычно конь сферический в вакууме, а у нас целый ГРЩ! :)

Отправлено спустя 1 минуту 19 секунд:

Ну меня попросили разобраться в проблеме - а у меня мозг сразу заклинило

Так и отвечайте методично, сухо и с цифрами. :) Другого пути нет.

[alex45]

Наверное идея была в том, чтобы увеличить КПД всего теплового насоса за счёт замены дросселирующего клапана на турбину (по сути турбодетандер).
Идея не новая, вот патент на такую штуку:
https://translated.turbopages.org/proxy ... 676600.pdf

[petr2off]

Ну во-первых, а что Вы называете КПД теплового насоса ? Обычно речь и дет о COP - отношении выработаннных к-ватт/к затраченым на компрессиию. Обысно он в наших условиях - 4. Т.е. затрачивая 1 ед. эл. энергии получают 4 ед. тепловой. Но это по факту холодильный коэффициент, КПД 400% не бывает.
Во вторых - идея обозначена четко и однозначно - малая безуглеродная энергетика, т.е. тепловой насос используется как
горячий источник для фреона, который крутит турбину (50 000 оборотов в минуту между прочим) с генератором и вырабатывает электроэнергию. Часть котороой обеспечивает работу теплового насоса. Сама по себе схема возможна, но при COR > 7 (по моим прикидкам).

Отправлено спустя 1 минуту 2 секунды:
Ну и 50 000 оборотов - как то сильно напрягают.

[kirillio]

КПД 400%

50 000 оборотов

...на импортозамещённых подшипниках из карельской берёзы?
Как тебе такое, Илон Маск? Глотай слёзы!

[petr2off]

Ну там еще более крутые штуки предлагались.
Им не понравились аэродинамические профиля у турбинного колеса (типа когда колесо турбиннное поворачивается, струя пара бъет в "лоб" лопатки - это потери), поэтому предлагалась реинкарнация (это не шутка) схемы "Герона" - помните шар с 2-трубками ( правда с современными технологиями).
Подшипники предполагадись "газовые". Но тут я уже отключился. Сказал - что проекты вечного двигателя
анализировать не буду - на меня обидились и обвинили в зашорености и узости мышления.

[mazytus]

Просто система незамкнутая, замкнутая она получается с участием Земли.
Вот пара интересных статей Анпилогова по этой тематике:
Наш новый фреоновый паровоз (TEC2)
Солнечный Израиль, туманная Аляска, холодная Россия (TEC3)

Из комментов ко второй статье: Океан как источник энергии
P.S. Кстати, советую прочитать весь его ЖЖ для самообразования.

[VADR]

Обычно речь и дет о COP - отношении выработаннных к-ватт/к затраченым на компрессиию. Обысно он в наших условиях - 4. Т.е. затрачивая 1 ед. эл. энергии получают 4 ед. тепловой.

А вот, кстати, раз уж было упомянуто. Я так понимаю, коэффициент этот очень сильно зависит от температуры среды с обеих сторон. Забирать тепло из воздуха с температурой -25 по Цельсию куда как труднее, чем из +25. Обычная термодинамика, перепад температур. А есть ли методика расчёта этого коэффициента в "нестандартных" условиях? К примеру, забирать тепло из вытяжной вентиляции, которая гонит из цеха воздух с температурой +35 и выше, а отдавать его в воду с температурой 60 по Цельсию (в горячее водоснабжение и теплофикацию) - может быть эффективно?

[petr2off]

Да это так, чем выше источник "низкопотенциального" тепла, тем выше CIO для +35 он может достигать 16. Можно взять обычный китайский тепловой насос, 16 COP он наверно не выдасть, а 12 точно будет на таких параметрах. В документации к тепловому насосу обычно идет таблица соответствия температуры инзкопотенциального источника и COP.
Меня больше всего коробит то, что из обычного тернмодинамичекского процесса (а тепловой насос - это обычная тепловая машина, с обратным циклом) делают какой то фетиш и генерят безумные идеи. Тут товариш выше ссылок накидал, я посмотрел - такая каша у людей в головах. Почитать и подумать над технической термодинамикой - это фуу, а нафигачить комиксов с прожерктерством и претензией на эпохальные решения - это запросто.
Иди еще хуже - у нас в Академгородке, великие ученые поставили тепловой насос на канализациию. Пафосу было выше крыши, 3 года деньги с бюджета тянули. А проблема была в очень простом факте, ночью люди спят, и расход канализации падает очень сильно, а тепло ночью нужно по максиму (ночью просто холоднее). И он у них ночью вставал, потому как охлаждение незначительного стока оказалось значительной проблемой.
Осоьенно удивляет формальное понимание цикла Карно. Фраза - о его техническойц невозможности уже достала. Идея цикла Карно - существенно глубже. Фактически это формулировка в чистом виде идеи тепловоц машины, и в нем заложены основные (на мой взгляд) фундоментальные вещи, которые часто не понимают.
1) В тепловой машине обязательно присутствует нагреватель и охладитель. То что в открытых циклах (Отто, Дизеля и пр. им выступает атмосфера Земли сушности не меняет, без охладителя тепловая машина работать не будет. Этот факт очень часто непонимается, и многиеи спекуляции строятся на его игнорировании.
2) Охладитель - источник основных потерь тепловой машины. И ее КПД в общем случае (Qн-Qх)/Qн. Нет средств прямого измерения Q нет, это расчетная величина. И смысл цикла Карно - что он определяет предельный (максимально возможный кпд любой тепловой машины. Через измеряемые и адекватные параметры (Тн-Тх)/Tн. (н-нагреватель, х - охладитель). На всякий случай напоминаю - температура берется в градусах Кельвина. В последней моей беседе уважаемый "академик" пытался подвергнуть сомнению и этот факт, заявив что Цельсий ему нравится больше. Т.е. спутал физическую величину и способ градуировки. Цикл Карно - это цикл идеальног газа (например - фазовых переходов в нем нет). Его значимость - именно в предельных оценках, у любого другого цикла кпд будет меньше. Поэтому он задает основные направления (в смысле не единственные), с помошью которых можно повышать кпд тепловой машины.
Все спекуляции на тему тепловойц машины, которая выходит за ограничения налагаемые Карно - это из серии "вечного" двигателя. Или процессов не соблюдающих закон сохранения энергии. Едитнственные отличия в такого рода идеях - это количество воды и в основном зависит от начального образования.

[Jackson]

идея обозначена четко и однозначно - малая безуглеродная энергетика, т.е. тепловой насос

Чётче некуда. :)
Малая - это сколько? До сих пор не существует внятных цифр на эту тему.
Безуглеродная - это что значит? Нефть/газ не жжём? Жгите водород, постройте миниГЭС или миниАЭС - вот вам и безуглеродная.
Почему обязательно тепловой насос - другого не бывает чтоли?

Там господа ученые решили окучить грант по безуглеродной энергетике.

Грант окучить и электростанцию сделать - это разные вещи. Когда делать на выходе никто ничего не собирается - КПД 400% не кажется чем-то удивительным.

[VADR]

чем выше источник "низкопотенциального" тепла, тем выше CIO для +35 он может достигать 16. Можно взять обычный китайский тепловой насос, 16 COP он наверно не выдасть, а 12 точно будет на таких параметрах.

Блин, интересные цифры. В не очень давние времена у нас на предприятии за идеи, приносящие экономический эффект, выплачивали небольшой процент этого эффекта. Если бы это сохранилось - имело бы смысл предложить. А так - за экономию десятка миллионов рублей в год получить премию 3000 - вот совсем не интересно. Интересным остаётся технический аспект :)

[petr2off]

Тут есть только один тонкий нюанс, который очень часто забывают. Нужно еще о холодильнике думать. Т.е. если мы закладываем Tх например -7 (а фреон интересен именно тем, что он в низкотемпературную область заползает. Т.е. зимой обеспечить Тх = -7 градусов легко, а вот как быть летом ? А вот в космосе все это будет работать жутко эффективно :)

[petr2off]

Грант окучить и электростанцию сделать - это разные вещи. Когда делать на выходе никто ничего не собирается - КПД 400% не кажется чем-то удивительным.

Да я как то узнал, что лет несколько назад в России был выдан патент на "вечный" двигатель. Когда у чиновников спросили - как же так. Ответ был четким - "ДОКУМЕНТЫ БЫЛИ ОФОРМЛЕНЫ ПРАВИЛЬНО". Так что да, пиши больше - чего их басурман жалеть :)

[Jackson]

А вот в космосе все это будет работать жутко эффективно :)

Я ж не зря рассказывал про сферический вакуумный малогабаритный ГРЩ, который в идеале в космос надо закинуть. :)

Видите, какая подборка получается: я N лет назад сферическовакуумный ГРЩ прикинул, тут вот фреоновый турбогенератор нарисовывается - для Лунной миссии в самый раз установка получается. И плевать на углерод с высокой колокольни - пусть в космос разлетается.

Отправлено спустя 2 минуты 7 секунд:

Да я как то узнал, что лет несколько назад в России был выдан патент на "вечный" двигатель.

По форуму если пороетесь, то найдёте с десяток фирм, которые их и продавали. :) Сегодня фирм конечно не существует, но ссылки-то остались (у нас все ходы записаны). У одной из них, как сейчас помню, юр.адрес был аккурат в ТПшке 10/0,4 где-то в Москве.

[Looker]

адекватные параметры (Тн-Тх)/Tн. (н-нагреватель, х - охладитель)

уважаемый "академик" пытался подвергнуть сомнению и этот факт, заявив что Цельсий ему нравится больше.

Для приведенной формуле - академик прав: единицы измерения сокращаются.

[Jackson]

Для приведенной формуле - академик прав: единицы измерения сокращаются.

Это если T не в фаренгейтах. :)

[petr2off]

По подробней - насчет сокращение, ((Тг+273) - (Tx+273))/(Tг+273)=(Тг-Тх)/(Тг +273) - так это в цельсиях выглядит.
По его логике 273 в знаменателе лишнее. Поясните мне в чем он прав ?

[Jackson]

Поясните мне в чем он прав ?

"И ты прав, уважаемый" (с)
Вынесите 273 за скобки и увидите.

[petr2off]

Ну я увижу что разность температур цельсия и кельвина одинакова. Но из знаменателя 273 никуда не денется, там выносить нечего, а его именно 273 - в знаменателе раздражало, больно сильно КПД понижает.

[Jackson]

Но из знаменателя 273 никуда не денется

Как это?

((Тг+273) - (Tx+273))/(Tг+273)=(Тг-Тх)/(Тг +273) - так это в цельсиях выглядит

В числителе стало в Цельсиях, а в знаменателе в Кельвинах осталось.

А что, так можно было?

[petr2off]

Не, не совсем так. В числителе разность температур (которая в цельсиях и кельвинах одинаковая), а в знаменателе абсолютная температура, естественно в кельвинах.

Отправлено спустя 47 минут 6 секунд:
Тут я решил, сжав зубы прикинуть его идеи про турбину Герона. В класической турбине ему не понравились потери, которые возникают при входе струи пара на рабочее колесо ( для аэродинамического профиля они кстати не более 3%, если что).
Когда пар истекает из трубки турбины Герона, то лобовых потерь там конечно нет, но так как пар не обладает интеллектом, то он растекается во все стороны, в том числе и под углом 90 градусов, при этом они в создании вращающего момента не участвуют.
Предположим, что все направления равнозначны, и упрощенно заменить 1 вектор силы 90 градусов (вариант классической турбины) на два вектора по 0,5. Тогда, вспомнив Пифагора выяснить, что мы имеем 0.7 единиц тяги, но это еще не все, в классической турбины, в силу щелеобразности конструкции мы можем пренебречь продольными перетеканиями - здесь нет. Т.е. рассеивание идет по кругу, и соответсвенно мы имеем 0.7х0.7 - примерно 50% потерь. Блин, великие ученые - заменили 3% потерь на 50% с великим пафосом.
Лаваль свою активную турбину в 1889 году. Подозреваю, что имел он только логарифмическую линейку в руках, но не уверен. Тут настолько отработанная тема. Я ему пример с бегом на 100 метров приводил. Когда зарождалось олимпийское движение бегали за 12 секунд, сейчас рекорд - 9.58. и последние 0.5 секунд как бы не за последние 20лет сделали. Идея лихим кавалерийским наскоком "сделать" этих "дебилов" кроме брезгливости вызвать ничего не может.

[Jackson]

Не, не совсем так. В числителе разность температур (которая в цельсиях и кельвинах одинаковая), а в знаменателе абсолютная температура, естественно в кельвинах.

Всё равно это не дело. Размерности и единицы измерения в формуле должны быть одинаковые.

[petr2off]

Размерности и единицы измерения в формуле должны быть одинаковые.

А вот с этим я категорически согласен