0 просмотренных постов скрыто
Воздушные вихри, которые греют и охлаждают: не открытые эффекты в вихревой динамике
Привет всем!
Сегодня расскажу о необычной идее в вихревой динамике. Представляете, два "воздушных бублика" крутятся в воздухе в противоположных направлениях и трутся друг о друга, один при этом, нагревается, другой охлаждается, и всё это в открытом пространстве! Назвали это эффектом открытого вихревого терморазделения.
Погнали разбираться, что это за зверь!
Что за такое?
Вы наверняка слышали про трубку Ранка-Хилша — штуку, где сжатый воздух закручивается в цилиндре, и на выходе получаются горячий и холодный потоки. Но есть загвоздка: для этого нужны стенки, сопла и замкнутая камера. А что, если убрать все эти ограничения и сделать то же самое прямо в открытом воздухе? Вот это и есть наша новая идея!
Мы создали два вихревых "бублика", которые крутятся в противоположных направлениях, как два танцующих партнёра и трутся друг о друге. Один становится горячим, другой — холодным, и при этом они ещё создают силу, которая может двигать платформу, как у реактивного двигателя. И всё это без стенок, просто в воздухе!
Как это работает?
Представьте, что вы крутите два пропеллера, но не просто так, а с хитринкой: они создают в воздухе два кольца-вихря, которые "держат" друг друга. Эти вихри — как два энергетических брата: один нагревается , другой охлаждается, и вместе они создают устойчивую систему. А ещё, если правильно настроить их вращение и установит угол атаки лопастей - появляется сила, которая толкает установку .
Для сравнения: в трубке Ранка воздух крутится внутри жёсткой трубы, а у нас — в свободном пространстве. Это как если бы вы взяли смерч, разобрали его на части и заставили работать на вас.
Как мы это сделали?
Мы собрали установку, которая выглядит примерно так.
- Дрель — наш главный "двигатель".
- Два редуктора, чтобы настроить скорость вращения винтов.
- Два винта диаметром 220 мм, расположенные на расстоянии 200 мм друг от друга, с углом атаки 20 градусов.
- Никаких труб, кожухов или стенок — всё открыто!
Мы запустили винты, и вот что получилось:
1. Воздух закрутился в два тороидальных вихря .
2. Один вихрь стал горячим, другой — холодным (разница температур до 4°C!).
3. Платформа начала двигаться вперёд или назад в зависимости от направления вращения.
Что мы увидели?
Когда винты крутятся в режиме потока воздуха "от центра наружу", в воздухе появляются два устойчивых вихревых кольца. Они:
- Вращаются в противоположных направлениях.
- Создают зоны с разной температурой: одно кольцо нагревается, другое охлаждается.
- "Держатся" друг за друга без внешней поддержки.
А ещё мы предположили для следующего эксперимента, что если винты вращаются в трёх плоскостях (как в сложном танце), вихри должны становиться ещё круче — их структура должна напоминать канат, свитый из нескольких воздушных жгутов.
Чем это лучше трубки Ранка?
Классическая трубка Ранка работает только в замкнутом пространстве, а наш эффект — в открытом воздухе. Это открывает кучу возможностей:
- Нагрев и охлаждение больших объёмов воздуха или воды (следующие эксперименты) без теплообменников.
- Вихревые двигатели!
- Фильтрация и очистка газов и жидкостей.
- Перемешивание веществ для промышленности.
- Биомиметика: можно создать дроны, которые машут крыльями, как птицы.
Что дальше?
Мы уже достигли разницы температур в 4°C между вихрями, и это круче, чем у многих трубок Ранка, если сравнивать размеры создаваемых вихревых потоков и их скоростные характеристики. Следующий шаг — добавить "обратную связь", чтобы вихри усиливали друг друга, как в двойном диффузоре. А ещё мы хотим проверить, как это работает в воде — должно получится ещё круче?
Итог:
Открытый вихревой терморазделитель — это новый взгляд на вихревую динамику, где воздушные "бублики" греют, охлаждают и даже создают тягу прямо в открытом пространстве. Это пока просто эксперимента, а завтра??? к новым технологиям: от вихревых двигателей до систем охлаждения и фильтрации.
Следите за нашими экспериментами — впереди ещё больше открытий! 🚀
Показать полностью
4
Эффект энергетической перегруппировки в функционально-активных контактных системах: Инженерия ФАК материалов и систем
Привет всем!
Сегодня разберём крутой физический эффект — энергетическую перегруппировку в функционально-активных контактных системах. Звучит как научная фантастика или околонаучный бред, кому как нравится. Но на деле это про то, как разнородные металлы при контактах "договариваются" друг с другом, обмениваются энергией и перераспределяют её, превращаясь в источники низковольтного напряжения для питания сенсоров в системах интернета вещей (IoT) и других устройств, где использование солнечных, химических батарей и т.п. нецелесообразно .
Поехали!!
Что это такое?
Представьте фрактальную электрическую систему из множества гексагональных цепей, собранных из разнородных металлических проводников с контактной разностью потенциалов (КРП). Согласно закону Вольта, в условиях термодинамического равновесия такая система не должна генерировать напряжение. Но всем известно, что идеального термодинамического равновесия в реальном мире достичь сложно, и, как показывают эксперименты, внутренние нелинейные процессы в системе приводят к появлению небольшого напряжения на выходе таких систем. Более того, экспериментальными работами подтверждено, что при шунтировании отдельных участков такой системы - выходное напряжение возрастает во много раз.
Итог — концепция коммутируемой энергетической перегруппировки, которая открывает путь к созданию новых источников питания низкого напряжения, использующих тепловые и другие флуктуации среды.
Конструкция системы
Фрактальное множество гексагональных контуров из шести разнородных металлов: константан (1) → нихром (2) → медь (3) → константан (4) → нихром (5) → сталь (6).
Каждая контактная разность потенциалов действует как мини-источник электричества, но в замкнутом контуре , согласно закону Вольта, в условиях полного термодинамического равновесия она равно 0. Но как Мы знаем, что полного термодинамического равновесия достичь трудно, поэтому в каждой гексагональной топологии создаётся некомпенсированный потенциал за счёт внешнего энергетического шума. Такая структура оптимально перераспределяет энергию внутри системы, эффективно используя КРП для преобразования энергетического шума в выходное напряжение, которое можно усилить шунтированием.
Как это работает?
Энергетический шум как источник энергии
Система преобразует рассеянную энергию (тепловые и электромагнитные флуктуации) в низковольтное напряжение. Она работает как самосинхронизированный преобразователь стохастической энергии. Энергетический шум в такой системе «растягивается» на всю систему и аккумулируется в КРП. Перераспределение энергии создаёт временный дисбаланс токов, концентрируя (собирая) энергию со всей системы на выходе. Физически перераспределение энергии обеспечивается шунтированием определённого числа гексагональных контуров с КРП.
Предполагается, что механизм перераспределения энергии основан на изменении электронной температуры вблизи границы раздела двух проводников. В условиях неравновесия, вызванного, например, наличием внешнего электрического, или ЭМ поля или градиентом температуры, электронная температура вблизи границы раздела двух проводников может отличаться от температуры решетки. Экспериментами подтверждено, что внешнее электрическое, ЭМ поле влияют на электронную температуру вблизи границы раздела проводников, что проявляется в значительном увеличении выходного напряжения системы.
Шунтирование в деталях:
Шунтирование части гексагональных контуров системы снижает внутреннее сопротивление, увеличивая ток через незашунтированные контуры.
На стыках разнородных металлов (термопарах) возникают локальные микро изменения температуры.
После снятия шунтирования тепловой поток меняет направление, система возвращается к равновесию. В это время она выдаёт остаточное напряжение в нагрузку.
Перспективы
Таким образом, пока существуют внешние ЭМ, электростатические поля и т.п. - будет существовать энергетический шум. А это значит, что будут существовать всё это время источники низковольтного напряжения, например, для питания IoT - датчиков и т.п.
PS:
В следующих публикациях мы предметно рассмотрим практические решения низковольтных источников питания на эффекте энергетической перегруппировки в функционально-активных контактных материалах и системах.
Показать полностью
Портал в потусторонний мир
Телевизора у меня нет, не люблю я его. Но, придя в гости к сестре, не удержалась и решила глянуть в зомбоящик. Щелкая каналами, наткнулась на известную передачу про экстрасенсов.
Герои сюжета – молодожены Саша и Маша, каждый день видят в своей квартире привидения. За дело берется лучшая потомственная колдунья. Честно говоря, глядя на эту парочку, я бы посоветовала поменьше употреблять спиртного и перестать нюхать всякую гадость. Но у нас давно уже не страна Советов, поэтому ведунья зажигает свечу и ходит с ней по квартире. Достигнув, наконец, ванной комнаты, она подносит свечу к отверстию естественной вентиляции. Само собой разумеется, пламя вытягивается в отверстие и затухает. Здесь бы сказать спасибо строителям и соседям сверху. Но нет.
- О! Да тут у вас портал в потусторонний мир! – загробным голосом произносит колдунья. – Видите, свеча погасла? Вот отсюда к вам привидения и приходят, причем в неограниченном количестве и всякие, хорошие и плохие!
- Ребята! Можно я побуду вашим лучом света в темном царстве? – просыпается во мне внутренний Сергей Беляков. – У меня где-то учебник по физике за шестой класс завалялся.
Но, молодожены, видимо, на уроках физики курили за школой, потому как от страха находятся в полуобморочном состоянии. Как, впрочем, и вся съемочная группа.
- Придется закрывать, - продолжает женщина. – Сейчас мы проведем магический обряд. Встаньте, дети, встаньте в круг.
Затем достает магический реквизит и начинает заклинание, что-то типа «Берем пучок укропу, потом кошачью попу, стакан воды и хрен туды….» и так далее.
- Ну вот и все, портал закрылся, - вещает магиня после нехитрого действа. – Сейчас проверим, - и начинает зажигать свечу.
- Куда ты, дуреха? Сейчас опять потянет! Спалишься ведь! – пытается удержать от необдуманного шага самонадеянную женщину мой Сергей Беляков.
Но ведунья подносит свечу к вытяжному отверстию, и …. Свеча горит, как ни в чем не бывало! Пламя не вытягивается и не гаснет, как это было прежде!
- Что?! Что это за мистика, черт подери!!! – орет с дивана мой внутренний Сергей Беляков.
В мгновение ока все мои уроки физики и курс инженерных сетей в институте оказались в той самой кошачьей опе.
- Да, портал закрыт, теперь вас никто не побеспокоит, - сообщает довольным в пень молодоженам потомственная колдунья.
А у меня в тот день случился переворот сознания.
Показать полностью
Как расщепляется мгновенье
Как расщепляют мгновение https://www.youtube.com/watch?v=1Dh-jqBj8Io
Миллисекунды 10 в минус 3. Современная фотокамера – вспышка, запускающаяся от звука. Данные процессы в этих временных масштабах можно изучать в домашней лаборотории. В подходящих условиях можно заметить невооруженным глазом явление длительностью в несколько мс, воспользовавшись методом развертки – т.е. быстро скользнув взглядом туда-сюда. Например, светодиод, мерцающий с частотой в сотни герц, можно легко отличить от непрерывного светящегося; можно даже на глаз оценить скважность сигнала. Снимок дисплея микроволновки движущейся камерой. Частота 200 Гц. Глазом видна аналогичная картина.
Микросекунды: 10 в минус 6 секунд. Современные сверхскоростные видеокамеры дают сотни тысяч кадров в секунду. Ими можно исследовать нестационарные течения жидкости со свободной поверхностью (например, поведение перешейка при отрыве капли). Микросекундные импульсы света можно получать в обычной школьной лаборатории. Лазерная указка (или зеркальце) ставится на моторчик и раскручивается (например, до 100 об\сек). Проделываем отверстие в стене 5 мм на расстоянии 3м – вспышка света длительностью 2,5 мкс и частотой 100 Гц. Быстропротекающие явления, освещенное вспышкой света, снимается на фотокамеру с достаточно большой выдержкой.
Наносекунды: 10 в минус 9 сек.
Макроскопическое движение замирает. Свет двигается 30 см\нс, а звук\ударная волна несколько мкс\нс. В наносекундном диапазоне нас интересует уже не предметы, а вещество. Снимать на камеру становится все труднее (нынешний рекорд – один кадр за 160 нс, апрель 2009). Возникает необходимость перехода от визуальных методов наблюдения к иным способам. Например, стоит задача изучить диффузию поверхностных вакансий. Ожидаемый временной масштаб при комнатной температуре: наносекунды. Необходимы быстрые методы наблюдения. Трудность составляет недостаточная разрешающая способность камеры. В этих случаях используют методы с высоким разрешением (сканирующая туннельная микроскопия), что бы зафиксировать медленные, 1 сек, т.е. движение атомов продолжительностью от 1 – 30 сек Нужна экспериментальная хитрость. Идея: посадить на поверхность кристалла примесные атомы и наблюдать за ними. Примесный атом внедряется в поверхностный слой выращенного атомарно гладкого кристалла и теряет подвижность. Пробегающие мимо редкие вакансии (дырки от атомов, когда происходит флуктуация поверхности, атом вылетает и на его месте образуется дырка) натыкаются на атомы, переносят их на новое место и «убегают». Такие перескоки примесных атомов происходят намного реже, за ними можно уследить с помощью СТМ (сканирующего туннельного микроскопа) и узнать поведение поверхностных вакансий.
Пикосекунды: 10 в минус 12 сек. Свет двигается медленно относительно этих процессов.
Изучаются атомно-молекулярные явления. Например, колебания кристаллической решетки (фононы), самые быстрые «шаги» при свертке белков, кинетика фазовых переходов в твердых телах. Также изучаются и электронные явления, например, кинетика носителей заряда в полупроводниках, образование и разрыв химических связей. На пикосекундном масштабе начинается настоящая современная физика. Главный метод исследования: короткие лазерные импульсы, используются как для возбуждения, так и для регистрации пикосекундных процессов. Короткие лазерные импульсы получать сравнительно легко. Лазеры привели к настоящей революции в экспериментальной физике.
Показать полностью
1
Вещество в экстремальных условиях
Чем экстремальнее условия, тем проще вещество (закон природы).
Крепкое рукопожатие – 1 атм. Это примерно, если положить руку на стол и положить на нее 100 кг. Но это давление на излом. Это также и давление на глубине 10 м. под водой. Драйверы ныряют намного глубже, и их там не расплющивает. Рыбы живут на глубине несколько километров при давлении в сотни атмосфер. Если избежать перепада давления, то ничего страшного с веществом и с предметами не произойдет. Предметы могут «держать» давление и в тысячу атмосфер, если оно одинаково внутри и со всех сторон снаружи. Но при давлениях в тысячи десятки тысяч атмосфер само вещество начинает меняться. Молекулам становиться тесно. Обычно вещества при сдавливании кристаллизуются, а при повышении давления меняется кристаллическая решетка, иногда в несколько этапов. Образуется одно и то же вещество, но разные кристаллы. Для примера возьмем обычную воду. Открыто 15 разных форм льда! Они существуют при разных давлениях и температурах в лабораторных условиях. Это все та же самая вода. При 4000 атм кристаллическая решетка перестраивается в соты.
Вещества такие разные благодаря разной электронной структуре: прозрачность, цвет, блеск, твердость. Если сжимать обычный кислород, то из жидкого кислорода он превращается в твердый кристалл небесно-голубого цвета. Далее, если сдавливать, он превратиться в кроваво-красный кристалл, далее, этот кристалл все темнеет и темнеет, вплоть до черного цвета. А при еще большем давлении, он становится блестящим, напоминающим металл. И все это тот же кислород. Он начинает проводить ток.
40 тыс атм – жидкий кислород.
40 – 100 тыс атм – небесно-голубой твердый кислород.
100 тыс – 1 млн атм – красный кислород.
1млн атм – металлический кислород.
Свыше 1 млн атм – сверхпроводник. В красном кислороде молекулы О2 объединяются почетверо в молекулы О8. Перестраиваются электронные оболочки, и меняется цвет. Эти данные при постоянной температуре сдавливания. Получают эти данные в лабораторных условиях с помощью алмазных наковальней. Алмазная наковальня создает сверхвысокое давление 4 млн атм. Предварительное сжатие плюс ударная волна от мощного лазера: сотни млн атм. Включаем температуру: высокое давление плюс температура в десятки тысяч градусов. Начинается ионизация, вещество превращается в тяжелую плотную плазму. Молекулы разваливаются, пропадает химическая связь, остается только элементарный состав.
Нет никаких структур, только однородная вязкая и очень плотная горячая масса. При температурах в миллионы градусов начинаются ядерные реакции. Например, в центре Солнца Т – 13 млн градусов, Р – 250 млрд атм. Ядра сталкиваются, обмениваются протонами и нейтронами, разваливаются и объединяются. Стирается элементный состав вещества. Вещество превращается в железо, например, массивная звезда в конце жизни. Если еще больше сжимать вещество, то оно уже не выдерживает, электроны вжимаются в протоны, порождая нейтроны. Остаются практически одни нейтроны. Уже не остается ни атомов, ни ионов. Получается сплошная ядерная материя, состоящая в основном из нейтронного вещества. Например, один куб. см. нейтронного вещества весит примерно млн. т. Такое вещество находится в нейтронных звездах. Давление в центре – порядка 10 в 28 атм, в сто квадриллионов раз больше, чем в центре Солнца. А что же происходит в триллионы градусов? В 1960-е годы была открыто много новых элементарных частиц. Физики стали подозревать, что у ядерного вещества есть максимальная температура (2 трлн градусов). Потом поняли, что при этой температуре ядерное вещество превращается в кварк-глюонную плазму, и ее можно нагревать дальше. Кварк-глюонная каша. На этой каше пока остановились экспериментальные данные, но можно и кашку еще нагреть и сдавить. Сейчас считается, что если нагреть кварк-глюонную плазму все дальше и дальше, будут проявляться новые и новые частицы. При температуре в квадриллионы градусов, начнут меняться свойства самих частиц – они начнут терять массу. При температуре 10 в 32 степени (может быть и меньше) теории расходятся, что-то начинает происходить с самим пространство-временем, но что именно – пока не известно.
Показать полностью
Как устроен компактный термоядерный реактор будущего на основе Геометрической Волновой Инженерии?
Компактный реактор, который вместо гигантских магнитов использует саму геометрию пространства, чтобы “поймать” энергию и превратить её в источник практически бесконечной энергии. Этот реактор основан на уникальной форме псевдоповерхностей Геометрической Волновой Инжеенрии, которая работает как совершенная ловушка для электромагнитных волн и плазмы.
Конструкция реактора
В основе реактора лежит камера, выполненная, например, в форме псевдогиперболоида 2 + порядка. Эта форма имеет две ключевые особенности:
1. Отрицательная кривизна стенок, которая заставляет электромагнитные волны и частицы плазмы двигаться по строго заданным траекториям.
2. Фокальная экваториальная зона — место, где вся энергия в конечном итоге собирается в одном месте.
Принцип работы
1. Ввод инертного газа
В экваториальную фокальную зону реактора подаётся инертный газ — например, смесь дейтерия и трития (двух изотопов водорода). Эти газы станут “топливом” для термоядерной реакции.
2. Включение электромагнитного излучения
Снаружи реактора генерируется мощное электромагнитное излучение — например, микроволны. Это излучение через узкое горлышко псевдогиперболоида попадает внутрь камеры. Здесь начинается магия геометрии: волны многократно отражаются от вогнутых стенок, словно закручиваясь в воронке, и в итоге фокусируются в экваториальной зоне — узком кольце в центре реактора.
3. Рождение плазмы
Когда электромагнитные волны концентрируются в экваториальной зоне, их энергия передаётся частицам газа. Атомы дейтерия и трития теряют электроны, превращаясь в плазму — горячий “коктейль” из заряженных частиц. Этот процесс называется ионизацией.
4. Нагрев плазмы
Электромагнитные волны продолжают “бить” по плазме, передавая ей всё больше энергии. Частицы плазмы сталкиваются друг с другом, разогреваясь до экстремальных температур — порядка 100 миллионов градусов Цельсия. При таких условиях начинается термоядерная реакция.
5. Как удерживается плазма?
Плазма — это невероятно горячий и нестабильный материал, который “хочет” разлететься во все стороны. Но в этом реакторе её удерживает не привычное магнитное поле, а электрическое поле, создаваемое высоким напряжением.
Внутри псевдогиперболоида установлены электроды, к которым прикладывается высокое напряжение. Это создаёт электрическое поле, которое “захватывает” плазму, не давая ей соприкасаться со стенками реактора.
Поле можно регулировать, изменяя напряжение и его распределение вдоль экваториальной зоны. Это позволяет удерживать плазму, вращать её и даже сжимать, создавая идеальные условия для термоядерного синтеза.
6. Термоядерный синтез
Когда температура плазмы достигает критической отметки, ядра дейтерия и трития начинают сталкиваться друг с другом. В результате этих столкновений происходит термоядерный синтез — процесс, при котором лёгкие ядра сливаются в более тяжёлые (например, гелий), выделяя огромное количество энергии. Это та же самая реакция, которая питает Солнце и другие звёзды! Энергия выделяется в виде нейтронов, которые покидают зону реакции и “бомбардируют” стенки реактора. Их энергия преобразуется в тепло, которое затем можно использовать для производства электроэнергии.
Будущее без ископаемого топлива
Если технология окажется успешной, она может стать основой для нового поколения энергетики. Термоядерные реакторы на основе псевдоповерхностей 2+ порядков можно будет использовать для питания машин, домов, городов, заводов и даже космических станций. Это приведёт к полному (!!!) отказу от ископаемого топлива и революции в мировой энергетике.
Показать полностью