Перспективная энергоустановка неатомной подводной лодки
| 1 | 2 |  |
|---|
23 сообщения, отображено с 1 по 20
№1
nikola
21.04.2015 22:10
Я достаточно вольно буду обращаться с термодинамикой, ибо моя цель не учебник, а рельефное выпячивание некоторых закономерностей.
Итак, начнем с конца, а именно с двигателя.
1) Двигатель
1.1) Термодинамика
Для подводной лодки я классифицирую термодинамические циклы следующим образом.
Идеальные – циклы Карно, Стирлинга.
Идеальное КПД такого цикла по термодинамике – 100%. Но цикл Карно в технике неприменим – у него мизерная площадь и, соответственно, производимая работа. Однако, наряду с циклом Карно существует целое семейство регенеративных циклов, наиболее известный из которых цикл Стирлинга. Беда этих циклов в наличии объемного регенератора, который должен в течение цикла проглотить и отдать рабочему телу большие количества тепла. Это приводит к тому, что данные циклы сравнительно медленные. Циклы потребляют только тепло, поэтому машины работающие по ним многотопливные.
Полные – классический паротурбинный, газовый Брайтона.
Это классические циклы, которые полностью замкнуты, рабочее тело в них бегает по кругу. Циклы потребляют только тепло, поэтому машины работающие по ним также многотопливные. Термодинамическое КПД этих циклов порядка 40%, циклы прекрасно отработанны. Расширительная машина в таких циклах, как правило, турбина, так как эти циклы хороши для больших мощностей. Стоит отметить один нюанс – удельная мощность по объему растет с увеличением плотности рабочего тела, именно поэтому цикл с конденсацией технически более предпочтителен, чем исключительно газовый цикл.
Псевдоциклы – дизель, газовая турбина
Это не совсем циклы – для их работы необходима замена рабочего тела, которое “портится” в процессе работы.
Замена рабочего тела в наземных установках дает существенные преимущества – отсутствие тяжелых нагревателя и холодильника. Также отсутствие теплообмена через поверхность позволяет резко поднять верхние температуры циклов, что значительно повышает полный КПД при сравнительно скромном термодинамическом КПД в 40%.
Этот плюс при работе на подводной лодке (ПЛ) превращается в существенный минус – рабочее тело необходимо регенерировать. И все проблемы применения данных циклов на ПЛ растут из этого.
Квазициклы – топливные элементы (ТЭ), радиоизотопный
В таких способах преобразования энергии речь идет не только о тепле, а о других видах энергии. Данные процессы естественно описываются термодинамикой, но несколько “неуверенно”, что порождает множество спекуляций.
Итак, термодинамический КПД таких систем более 100 %, что связано с тем, что правильно КПД таких систем надо считать по-особому. Но это не отменяет того, что на 1 Дж энергии топлива в таких циклах можно получить более чем 1 Дж электроэнергии. Данные процессы имеют большие перспективы и сильно недооценены.
1.2) Конструктив
Попытаемся сравнить все эти “циклы” реализованные в металле.
Энергоэффективность.
По эффективности методы преобразования энергии можно расположить так: радиоизотопный, ТЭ, дизель, стирлинг, газотурбинный, паротурбинный. У дизельного двигателя значительно выше верхняя температура цикла (пусть 2000С) в сравнении с двигателем стирлинга (пусть 1000С), что полностью убивает все преимущества стирлинга по термодинамическому КПД.
Мощность.
Мощность определяется компактностью источника энергии и плотностью рабочего тела. Методы преобразования энергии можно расположить так: радиоизотопный, дизель, газотурбинный, стирлинг, ТЭ, паротурбинный. ТЭ сейчас несколько проигрывают, но тут достаточно большие резервы.
Обвязка.
Вот тут начинаются интересные вещи. Любой из преобразователей требует запасов первичной энергии. И выбор способа организации запаса энергии играет куда большую роль чем КПД машины.
Итог.
Выбирать надо машины с высокими плотностями энергии, как первичной, так и в рабочем теле. Соответственно с высокими температурами и давлениями. Высокие температуры полностью перекрывают остальные недостатки.
1.3) Воплощение
Я могу выделить следующие перспективные направления для России.
Радиоизотопный – Дорогой мощнейший малоразмерный источник э/э, сравнительно плохо приспособленный для переменных нагрузок. Неразработан.
Ядерный реактор достаточно плохое теплотехническое устройство – он может давать только тепло, а его высочайшая удельная мощность, относительно плохая управляемость и опасность не позволяют получать достаточно качественное тепло. Современные ВВЭР в теплотехническом смысле вообще дают горячую воду.
Радиоизотопный источник за счет отказа от управления может быть мощнее, а за счет использования одной ядерной реакции распада (а не десятков, как в реакторе) даст возможность оптимизировать последующее преобразование энергии и обойтись без теплотехники. В 60-х рассматривалось великое множество таких батарей (эмиссионные, электростатические и др), на современном техническом уровне подобные устройства вполне можно реализовать. Конечно, это длительно и затратно, но и значительно перспективнее других направлений.
Топливный элемент – Дорогой, сравнительно маломощный источник э/э, хорошо укладывается на ПЛ при использовании жидких топлив (перекись, гидразин). Слаборазработан.
У этого способа ахиллесовой пятой является топливо – нужны чистейшие реагенты. Совершенно не понятно как можно обеспечить чистоту реагентов при обычной эксплуатации. Также можно отметить относительно малую мощность такого источника энергии. Для разработки аналогов зарубежных ТЭ необходимо тратить много времени и сил, восстанавливая забытое и потерянное, получив на выходе маломощную игрушку.
Дизель полного цикла – Дешевый мощный источник энергии. Разработан.
Данный способ активно разрабатывался и были созданы достаточно удачные образцы. Но прорыва не произошло, разработанные системы оказались сложны и достаточно опасны, также наложилась потеря технологий и некая психологическая “усталость”. Забавно, что основные неприятности подобных систем связаны вовсе не с двигателем, а с его обвязкой, в частности с используемыми реагентами. И попытки уйти от двигателя абсолютно ничего не меняют в области реагентов.
Вместе с тем у дизелей есть достаточно большие перспективы. Это отработанный, надежный двигатель эволюционной модернизацией которого, в частности переводом его на жидкий кислород и повышением температур сгорания, можно добиться существенного роста характеристик. Дизель это прошлое, но он вполне еще может оставаться в строю десятилетия.
Стирлинг – сравнительно маломощный источник энергии, хорошо укладывается на ПЛ. Обвязка как и у дизеля ставит под сомнение целесообразность его реализации. Неразработан.
Грубо говоря, технически Стирлинг это неудачный дизель, который настолько неудачен, что тих и менее опасен. Разработка действительно рабочих и мощных Стирлингов длительная и затратная работа, на выходе не принесущая ничего.
Газотурбинный – Классический цикл мало что дает, но у него большие возможности для развития. При использовании детандера на базе МГД получится интересный генератор э/э. Неразработан.
Очень интересно использование газотурбинного цикла как перспективной энергоустановки. Только вместо камеры сгорания можно использовать ЖРД, а вместо лопаток маленький мегаваттный МГД. Резкий рост КПД такой схемы за счет поднятия температур до ~25000С и мизерный объем стоит длительных и дорогих исследований.
Использование же обычных параметров рабочего тела и обыкновенной турбины – рутинно и бесперспективно.
2) Топлива
На ПЛ возможно использование следующих реагентов:
2.1) Расщепляющиеся материалы
Наилучшее топливо хоть и несколько дорогое. Но для России это не важно.
2.2) Кислород
Сейчас наметилась тенденция перехода к жидкому кислороду. Отчасти это вызвано усталостью от перекисей, но кислород принесет еще много неприятностей, как и любой окислитель. При всех его преимуществах есть ряд недостатков – ограниченные сроки и сложность хранения.
2.3) Перекись
Достаточно отработанный окислитель, собственно, все прелести о нем давно известны. Мне кажется, отход от него несколько поспешен.
2.4) Углеводороды
Скорее всего, они еще долгое время останутся основным топливом.
2.5) Металлы
Достаточно перспективные топлива, но чрезвычайно сложные в разработке.
Вывод:
Технически можно использовать только пары кислород/перекись – углеводороды либо расщепляющиеся материалы. Возможно создание ТЭ на более удачных топливах (амальгамы и тп) но это дело долгое и сложное.
3) Закрытие цикла
Как же закрыть циклы?
3.1) Радиоизотопные источники.
Тут все понятно. Замена элементов.
3.2) Углеводороды.
После работы двигателей остается вода и оксид углерода. Оксид углерода - газ достаточно неприятный для его утилизации. Никакого удачного технического решения для утилизации СО2 на ПЛ нет и не предвидится.
3.3) Металлы
А тут циклы закрываются сравнительно легко – хранение окисей металлов куда удобнее хранения газа.
Выводы:
Таким образом, основная проблема для энергоустановки на ПЛ – борьба с СО2, а вовсе не тип используемого двигателя. Также очень не скоро возможен переход к системам не генерирующим СО2, таким как амальгамные ТЭ или радиоизотопные источники энергии.
4) Предложения
Зачем за кем-то непременно бегать вдогонку? Нужно делать новое, которое можно будет использовать не только на ПЛ.
ТЭ и Стирлинг не дадут прорыва в технологиях.
Прорыв дадут газотурбинный цикл (с МГД вместо турбины) или радиоизотопный.
Для более дешевых и быстрых применений – дизель замкнутого цикла на жидком кислороде, с существующим поглощением СО2.
Итак, начнем с конца, а именно с двигателя.
1) Двигатель
1.1) Термодинамика
Для подводной лодки я классифицирую термодинамические циклы следующим образом.
Идеальные – циклы Карно, Стирлинга.
Идеальное КПД такого цикла по термодинамике – 100%. Но цикл Карно в технике неприменим – у него мизерная площадь и, соответственно, производимая работа. Однако, наряду с циклом Карно существует целое семейство регенеративных циклов, наиболее известный из которых цикл Стирлинга. Беда этих циклов в наличии объемного регенератора, который должен в течение цикла проглотить и отдать рабочему телу большие количества тепла. Это приводит к тому, что данные циклы сравнительно медленные. Циклы потребляют только тепло, поэтому машины работающие по ним многотопливные.
Полные – классический паротурбинный, газовый Брайтона.
Это классические циклы, которые полностью замкнуты, рабочее тело в них бегает по кругу. Циклы потребляют только тепло, поэтому машины работающие по ним также многотопливные. Термодинамическое КПД этих циклов порядка 40%, циклы прекрасно отработанны. Расширительная машина в таких циклах, как правило, турбина, так как эти циклы хороши для больших мощностей. Стоит отметить один нюанс – удельная мощность по объему растет с увеличением плотности рабочего тела, именно поэтому цикл с конденсацией технически более предпочтителен, чем исключительно газовый цикл.
Псевдоциклы – дизель, газовая турбина
Это не совсем циклы – для их работы необходима замена рабочего тела, которое “портится” в процессе работы.
Замена рабочего тела в наземных установках дает существенные преимущества – отсутствие тяжелых нагревателя и холодильника. Также отсутствие теплообмена через поверхность позволяет резко поднять верхние температуры циклов, что значительно повышает полный КПД при сравнительно скромном термодинамическом КПД в 40%.
Этот плюс при работе на подводной лодке (ПЛ) превращается в существенный минус – рабочее тело необходимо регенерировать. И все проблемы применения данных циклов на ПЛ растут из этого.
Квазициклы – топливные элементы (ТЭ), радиоизотопный
В таких способах преобразования энергии речь идет не только о тепле, а о других видах энергии. Данные процессы естественно описываются термодинамикой, но несколько “неуверенно”, что порождает множество спекуляций.
Итак, термодинамический КПД таких систем более 100 %, что связано с тем, что правильно КПД таких систем надо считать по-особому. Но это не отменяет того, что на 1 Дж энергии топлива в таких циклах можно получить более чем 1 Дж электроэнергии. Данные процессы имеют большие перспективы и сильно недооценены.
1.2) Конструктив
Попытаемся сравнить все эти “циклы” реализованные в металле.
Энергоэффективность.
По эффективности методы преобразования энергии можно расположить так: радиоизотопный, ТЭ, дизель, стирлинг, газотурбинный, паротурбинный. У дизельного двигателя значительно выше верхняя температура цикла (пусть 2000С) в сравнении с двигателем стирлинга (пусть 1000С), что полностью убивает все преимущества стирлинга по термодинамическому КПД.
Мощность.
Мощность определяется компактностью источника энергии и плотностью рабочего тела. Методы преобразования энергии можно расположить так: радиоизотопный, дизель, газотурбинный, стирлинг, ТЭ, паротурбинный. ТЭ сейчас несколько проигрывают, но тут достаточно большие резервы.
Обвязка.
Вот тут начинаются интересные вещи. Любой из преобразователей требует запасов первичной энергии. И выбор способа организации запаса энергии играет куда большую роль чем КПД машины.
Итог.
Выбирать надо машины с высокими плотностями энергии, как первичной, так и в рабочем теле. Соответственно с высокими температурами и давлениями. Высокие температуры полностью перекрывают остальные недостатки.
1.3) Воплощение
Я могу выделить следующие перспективные направления для России.
Радиоизотопный – Дорогой мощнейший малоразмерный источник э/э, сравнительно плохо приспособленный для переменных нагрузок. Неразработан.
Ядерный реактор достаточно плохое теплотехническое устройство – он может давать только тепло, а его высочайшая удельная мощность, относительно плохая управляемость и опасность не позволяют получать достаточно качественное тепло. Современные ВВЭР в теплотехническом смысле вообще дают горячую воду.
Радиоизотопный источник за счет отказа от управления может быть мощнее, а за счет использования одной ядерной реакции распада (а не десятков, как в реакторе) даст возможность оптимизировать последующее преобразование энергии и обойтись без теплотехники. В 60-х рассматривалось великое множество таких батарей (эмиссионные, электростатические и др), на современном техническом уровне подобные устройства вполне можно реализовать. Конечно, это длительно и затратно, но и значительно перспективнее других направлений.
Топливный элемент – Дорогой, сравнительно маломощный источник э/э, хорошо укладывается на ПЛ при использовании жидких топлив (перекись, гидразин). Слаборазработан.
У этого способа ахиллесовой пятой является топливо – нужны чистейшие реагенты. Совершенно не понятно как можно обеспечить чистоту реагентов при обычной эксплуатации. Также можно отметить относительно малую мощность такого источника энергии. Для разработки аналогов зарубежных ТЭ необходимо тратить много времени и сил, восстанавливая забытое и потерянное, получив на выходе маломощную игрушку.
Дизель полного цикла – Дешевый мощный источник энергии. Разработан.
Данный способ активно разрабатывался и были созданы достаточно удачные образцы. Но прорыва не произошло, разработанные системы оказались сложны и достаточно опасны, также наложилась потеря технологий и некая психологическая “усталость”. Забавно, что основные неприятности подобных систем связаны вовсе не с двигателем, а с его обвязкой, в частности с используемыми реагентами. И попытки уйти от двигателя абсолютно ничего не меняют в области реагентов.
Вместе с тем у дизелей есть достаточно большие перспективы. Это отработанный, надежный двигатель эволюционной модернизацией которого, в частности переводом его на жидкий кислород и повышением температур сгорания, можно добиться существенного роста характеристик. Дизель это прошлое, но он вполне еще может оставаться в строю десятилетия.
Стирлинг – сравнительно маломощный источник энергии, хорошо укладывается на ПЛ. Обвязка как и у дизеля ставит под сомнение целесообразность его реализации. Неразработан.
Грубо говоря, технически Стирлинг это неудачный дизель, который настолько неудачен, что тих и менее опасен. Разработка действительно рабочих и мощных Стирлингов длительная и затратная работа, на выходе не принесущая ничего.
Газотурбинный – Классический цикл мало что дает, но у него большие возможности для развития. При использовании детандера на базе МГД получится интересный генератор э/э. Неразработан.
Очень интересно использование газотурбинного цикла как перспективной энергоустановки. Только вместо камеры сгорания можно использовать ЖРД, а вместо лопаток маленький мегаваттный МГД. Резкий рост КПД такой схемы за счет поднятия температур до ~25000С и мизерный объем стоит длительных и дорогих исследований.
Использование же обычных параметров рабочего тела и обыкновенной турбины – рутинно и бесперспективно.
2) Топлива
На ПЛ возможно использование следующих реагентов:
2.1) Расщепляющиеся материалы
Наилучшее топливо хоть и несколько дорогое. Но для России это не важно.
2.2) Кислород
Сейчас наметилась тенденция перехода к жидкому кислороду. Отчасти это вызвано усталостью от перекисей, но кислород принесет еще много неприятностей, как и любой окислитель. При всех его преимуществах есть ряд недостатков – ограниченные сроки и сложность хранения.
2.3) Перекись
Достаточно отработанный окислитель, собственно, все прелести о нем давно известны. Мне кажется, отход от него несколько поспешен.
2.4) Углеводороды
Скорее всего, они еще долгое время останутся основным топливом.
2.5) Металлы
Достаточно перспективные топлива, но чрезвычайно сложные в разработке.
Вывод:
Технически можно использовать только пары кислород/перекись – углеводороды либо расщепляющиеся материалы. Возможно создание ТЭ на более удачных топливах (амальгамы и тп) но это дело долгое и сложное.
3) Закрытие цикла
Как же закрыть циклы?
3.1) Радиоизотопные источники.
Тут все понятно. Замена элементов.
3.2) Углеводороды.
После работы двигателей остается вода и оксид углерода. Оксид углерода - газ достаточно неприятный для его утилизации. Никакого удачного технического решения для утилизации СО2 на ПЛ нет и не предвидится.
3.3) Металлы
А тут циклы закрываются сравнительно легко – хранение окисей металлов куда удобнее хранения газа.
Выводы:
Таким образом, основная проблема для энергоустановки на ПЛ – борьба с СО2, а вовсе не тип используемого двигателя. Также очень не скоро возможен переход к системам не генерирующим СО2, таким как амальгамные ТЭ или радиоизотопные источники энергии.
4) Предложения
Зачем за кем-то непременно бегать вдогонку? Нужно делать новое, которое можно будет использовать не только на ПЛ.
ТЭ и Стирлинг не дадут прорыва в технологиях.
Прорыв дадут газотурбинный цикл (с МГД вместо турбины) или радиоизотопный.
Для более дешевых и быстрых применений – дизель замкнутого цикла на жидком кислороде, с существующим поглощением СО2.
0
Сообщить
№2
Андрей_К
21.04.2015 22:37
Существуют еще термо электрические генераторы.
Они маломощные ... но это только потому, что нанотехнологии еще до них не добрались, а так - это же прямое преобразование тепла (разности температур) в электричество!
Идеальная связка - атомный реактор+ТЭГ для подводной лодки.
Эффективней Стирлинга и бесшумней всего на свете (вообще без движущихся частей).
Они маломощные ... но это только потому, что нанотехнологии еще до них не добрались, а так - это же прямое преобразование тепла (разности температур) в электричество!
Идеальная связка - атомный реактор+ТЭГ для подводной лодки.
Эффективней Стирлинга и бесшумней всего на свете (вообще без движущихся частей).
0
Сообщить
№3
nikola
22.04.2015 09:37
1) Нанотехнологии к физическим принципам непричем
2) Термоэлектрические вещи очень хорошо исследованы и прорывов тут не предвидется
3) Увы, у термоэлектрики малое КПД- так и должно быть. Мы преобразуем малоценное тепло в ценное электричество.
2) Термоэлектрические вещи очень хорошо исследованы и прорывов тут не предвидется
3) Увы, у термоэлектрики малое КПД- так и должно быть. Мы преобразуем малоценное тепло в ценное электричество.
0
Сообщить
№4
Андрей_К
22.04.2015 10:01
Цитата, q
Нанотехнологии к физическим принципам непричемОчень даже причем.
Почитайте что ни будь на тему метаматериалов.
Цитата, q
Термоэлектрические вещи очень хорошо исследованы и прорывов тут не предвидетсяА что тут еще надо исследовать?
Бери да пользуйся.
Цитата, q
Увы, у термоэлектрики малое КПДЭто потому, что ,как я уже сказал, нанотехнологии за них не взялись.
Если сделать метаматериал, преобразующий разность температур в электричество (на основе термоэлектронной эмиссии) - то эффективность преобразования возрастет пропорционально уменьшению размеров термопар и их количеству - т.е. где-то на порядки.
Ну во сколько возросла скорость компьютеров при переходе с ламповых на наноразмерные печатные платы.
0
Сообщить
№5
nikola
24.04.2015 10:05
Цитата, q
Очень даже причем.Ну и что там про метаматериалы? К нанофизике они отношения не имеют, к термоэлектричеству тоже.
Почитайте что ни будь на тему метаматериалов.
Цитата, q
А что тут еще надо исследовать?КПД маленькое чтобы пользоваться
Бери да пользуйся.
Цитата, q
Это потому, что ,как я уже сказал, нанотехнологии за них не взялись.Практически все нановещи исследованы и внедрены в 80-х
Цитата, q
Если сделать метаматериал, преобразующий разность температур в электричество (на основе термоэлектронной эмиссии) - то эффективность преобразования возрастет пропорционально уменьшению размеров термопар и их количеству - т.е. где-то на порядки.Называйте материал.
А что касается КПД у такого преобразователя оно не выше чем у карно, так что тепловая машина будет поудобнее. Ну а эффективность от размера не зависит.
Цитата, q
Ну во сколько возросла скорость компьютеров при переходе с ламповых на наноразмерные печатные платы.Нивосколько. Если процессор будет работать на той частоте что и ламповй компьютер.
0
Сообщить
№6
Андрей_К
24.04.2015 10:48
Цитата, q
Ну и что там про метаматериалы?Хорошо, вот краткий обзор:
Если сделать радиоприемник размером с молекулу, наклепать этих радиоприемников миллионы/миллиарды на квадратный сантиметр, то такая поверхность будет называться метаматериалом и начнет проявлять невиданные ранее свойства.
В частности сможет иметь отрицательный коэффициент преломления и создавать эффект "шапки невидимки", можно получить плоские суперлинзы и вообще такой материал имеет все свойства фазированной антенной решетки.
Есть и другие метаматериалы способны на разные другие "фокусы", проявляющие свойства недостижимые при помощи стандартных материалов.
Цитата, q
Практически все нановещи исследованы и внедрены в 80-хНу да, то же самое сказал про физику какой-то большой авторитет, накануне открытия электричества.
Цитата, q
А что касается КПД у такого преобразователя оно не выше чем у карно, так что тепловая машина будет поудобнее.Термоэлектрическое преобразование работает не на основе цикла Карно.
А на том же принципе что и ,например, гидроэлектростанция - просто напрямую преобразует разность давление в электричество, без всяких циклов.
Прибор не имеющий движущихся частей не тратит энергии на трение и на бесполезные ускорения и торможения , его КПД (идеальное) не может быть меньше.
Цитата, q
Называйте материалНу, если он еще не создан, то и названия нет.
Но устройство его должно быть простое - множество нано-термопар.
Если смогли радиоприёмник запихнуть в размеры молекулы, то с термопарой это сделать гараздо проще.
0
Сообщить
№7
Викторович
24.04.2015 13:01
Цитата, nikola
с МГД вместо турбины
ОПЭРЭСЭТЭ!!!
Все 70-е и 80-е подряд в это МГД грохались тонны денег, пол-Киева прожирало этот баблос!!
Экспериментировали американцы, экспериментировали немцы, ЮАР, японцы - и ВСЕ,
абсолютно все, наигравшись, послали МГД к чертям собачьим.
Нет же. Спустя четверть века вы снова лезете с этим "чудом передовой науки" и клянчите снова баблос под него.
Слов нет.
Это вместо того, что бы научиться наконец-то делать турбины, а не покупать их.
0
Сообщить
№8
nikola
24.04.2015 23:22
Цитата, q
Если сделать радиоприемник размером с молекулу, наклепать этих радиоприемников миллионы/миллиарды на квадратный сантиметр, то такая поверхность будет называться метаматериалом и начнет проявлять невиданные ранее свойства.Молекула воды такой радиоприемник. И эти молекулы никаких особых свойств не демонстрируют располагаясь в любом порядке. Вобще взаимодействие эл магн волны и вещества рассмотренно очень давно и очень подробно. Рекламированные же метаматериалы с нанофизикой не сязанны вообще. Можно сделать такой материал из макроскопических кирпичей для эм волны длиной в 1 км.
Цитата, q
В частности сможет иметь отрицательный коэффициент преломления и создавать эффект "шапки невидимки", можно получить плоские суперлинзы и вообще такой материал имеет все свойства фазированной антенной решетки.Левич, курс теоретической физики т1, 1969г
Цитата, q
Ну да, то же самое сказал про физику какой-то большой авторитет, накануне открытия электричества.Кто сказал?
Цитата, q
Термоэлектрическое преобразование работает не на основе цикла Карно.Любое преобразование энергии описывается термодинамикой. И при заданной разнице температур можно однозначно определить максимальное КПД процесса.
А на том же принципе что и ,например, гидроэлектростанция - просто напрямую преобразует разность давление в электричество, без всяких циклов.
Цитата, q
Прибор не имеющий движущихся частей не тратит энергии на трение и на бесполезные ускорения и торможения , его КПД (идеальное) не может быть меньше.Там (в термоэлектрогенераторах) есть паразитные процессы.
Цитата, q
Но устройство его должно быть простое - множество нано-термопар.Верхнее КПД термо электро преобразования можно определить из термодинамики. И оно маловато. А верить можно во все что угодно.
Если смогли радиоприёмник запихнуть в размеры молекулы, то с термопарой это сделать гараздо проще.
Цитата, q
Все 70-е и 80-е подряд в это МГД грохались тонны денег, пол-Киева прожирало этот баблос!!То есть никаких физических/технических возражений нет, есть возражения социального характера.
Экспериментировали американцы, экспериментировали немцы, ЮАР, японцы - и ВСЕ,
абсолютно все, наигравшись, послали МГД к чертям собачьим.
Цитата, q
ет же. Спустя четверть века вы снова лезете с этим "чудом передовой науки" и клянчите снова баблос под него.Вы же большой мальчик и отвечаете за свои слова, значит приводите цитату где, что и у кого я клянчил.
Цитата, q
Слов нет.Не волнуйтесь турбины делают. В Калуге, например.
Это вместо того, что бы научиться наконец-то делать турбины, а не покупать их.
Заодно напишите как вы хотите приспособить турбину для неатомной ПЛ.
0
Сообщить
№9
Викторович
24.04.2015 23:35
Цитата, nikola
То есть никаких физических/технических возражений нет, есть возражения социального характера.
КПД турбинных систем не сильно отличается от теплового.
У турбин большой ресурс.
Про МГД не скажешь ни того ни другого.
Социальная проблема наверное у кого-то из непризнанных и потерпевших? Нет?
Цитата, nikola
Вы же большой мальчик и отвечаете за свои слова, значит приводите цитату где, что и у кого я клянчил.
Зачем тогда пишите? Или не для себя баблос?
Если "за дело радеете" - то докажите, как тоже большой мальчик, преимущества МГД.
Преимущества в цифрах, желательно.
Цитата, nikola
Не волнуйтесь турбины делают. В Калуге, например.
Заодно напишите как вы хотите приспособить турбину для неатомной ПЛ.
Точно так же, как любую систему с изолированным теплоносителем с внешним подводом.
Как тот же стирлинг японцы прикрутили. Да, тоже большой холодильник и большой теплообменник. Но это работает.
А в Калуге - да делают, но немножко не тех диапазонов мощности и немножно не в том исполнении, что нужны для НАПЛ. Там не нужно кратно 50 герц на валу и не нужен габарит тепловоза. Так что Калуга - это хорошо. Но для других задач.
0
Сообщить
№10
nikola
25.04.2015 00:27
Цитата, q
КПД турбинных систем не сильно отличается от теплового.Я вот не понял этих слов.
Цитата, q
У турбин большой ресурс.Я вобще-то писал о будущем и о перспективах.
Про МГД не скажешь ни того ни другого.
Цитата, q
Социальная проблема наверное у кого-то из непризнанных и потерпевших? Нет?Я не знаю у кого какие социальные проблемы. Но именно Вы ссылаетесь на "всех" всесто того чтобы написать что вам не нравится в МГД. Пишите, обсудим. Только увольте от "всех".
Цитата, q
Зачем тогда пишите? Или не для себя баблос?А нечего изворачиваться как уж на сковородке. Пишите где, чего и у кого я клянчил.
Цитата, q
Если "за дело радеете" - то докажите, как тоже большой мальчик, преимущества МГД.Да пожалста. У паровой турбины максимальная температура цикла 850К, у МГД 2500К. Отсутствие движущихся частей, одностадийное получение э/э. Маленький объем при компоновке с ЖРД.
Преимущества в цифрах, желательно.
Цитата, q
Как тот же стирлинг японцы прикрутили. Да, тоже большой холодильник и большой теплообменник. Но это работает.Понятно. Обыкновеный паротурбинный цикл. Это даже хуже дизеля. Зачем?
0
Сообщить
№11
Викторович
25.04.2015 00:33
Не понимаю вашей ангажированности.
Если человек оголтело защищает какую-то сомнительную идею - то у него должен быть мотив.
Мотив более чем часто строго материальный. Это если человек вообще адекватен. Если я ошибся - то извиняюсь публично.
Сомнительность МГД как перспективного сердца для НАПЛ для меня однозначна даже из одного только ресурсного критерия.
Да и вообще я против неядерных установок для ПЛ. Нужны ядерные котлы разного типа и разной мощности. Даже на какую-нибудь "шпионскую недолодку" на 100 тонн я сторонник ставить ядерный котел.
Если человек оголтело защищает какую-то сомнительную идею - то у него должен быть мотив.
Мотив более чем часто строго материальный. Это если человек вообще адекватен. Если я ошибся - то извиняюсь публично.
Сомнительность МГД как перспективного сердца для НАПЛ для меня однозначна даже из одного только ресурсного критерия.
Да и вообще я против неядерных установок для ПЛ. Нужны ядерные котлы разного типа и разной мощности. Даже на какую-нибудь "шпионскую недолодку" на 100 тонн я сторонник ставить ядерный котел.
0
Сообщить
№12
Викторович
25.04.2015 00:37
Цитата, nikola
Понятно. Обыкновеный паротурбинный цикл. Это даже хуже дизеля. Зачем?
Где же хуже? Если вы сравниваете полмегаваттную турбинку с большим дизелем Wartsila, который даже в атомный ракетоносец не влезет - то да, хуже.
0
Сообщить
№13
Андрей_К
25.04.2015 10:49
Вот обзор состояния дел по ТЭГ на сегодня:
http://www.kit-e.ru/articles/powersource/2010_12_131
В настоящее время их КПД не превышает 8%, (а паровые турбины - 20%)
Но во первых, современные ТЭГ - это бытовые приборы, с воздушным охлаждением, с источником тепла в виде дровяной печи (или сжигания чего-то другого но сжигания) - которую нельзя полностью заключить в замкнутую оболочку - нужен подвод и отвод воздуха.
Подводная же лодка имеет ... бесконечный источник холода, в виде океана!
Атомный реактор не требует подвода и отвода воздуха для работы и его можно полностью окружить оболочкой из термопар!
А достоинства: отсутствие движущихся частей, отсутствие вибраций, надежность, долговечность!
Только одно это перевешивает те лишние 12% КПД, даже если не удастся его повысить другими способами.
Но реактор - это бесконечный источник тепла , а океан - бесконечный источник холода - т.е. половину энергии здесь предоставляет океан - так что это еще неизвестно что будет эффективнее.
Не считая ,как я раньше сказал, применения нанотехнологий , новых материалов и пр.
Основными недостатками ТЭГ считается дороговизна, но для военных технологий это не сильно большой недостаток.
http://www.kit-e.ru/articles/powersource/2010_12_131
В настоящее время их КПД не превышает 8%, (а паровые турбины - 20%)
Но во первых, современные ТЭГ - это бытовые приборы, с воздушным охлаждением, с источником тепла в виде дровяной печи (или сжигания чего-то другого но сжигания) - которую нельзя полностью заключить в замкнутую оболочку - нужен подвод и отвод воздуха.
Подводная же лодка имеет ... бесконечный источник холода, в виде океана!
Атомный реактор не требует подвода и отвода воздуха для работы и его можно полностью окружить оболочкой из термопар!
А достоинства: отсутствие движущихся частей, отсутствие вибраций, надежность, долговечность!
Только одно это перевешивает те лишние 12% КПД, даже если не удастся его повысить другими способами.
Но реактор - это бесконечный источник тепла , а океан - бесконечный источник холода - т.е. половину энергии здесь предоставляет океан - так что это еще неизвестно что будет эффективнее.
Не считая ,как я раньше сказал, применения нанотехнологий , новых материалов и пр.
Основными недостатками ТЭГ считается дороговизна, но для военных технологий это не сильно большой недостаток.
0
Сообщить
№14
Викторович
25.04.2015 10:57
Андрей, все даже несколько лучше, чем вы написали.
У лодки с тепловой мощностью реактора до 160МВт на валу есть до 50 живых лошадей, т.е. 37МВт. Это общий КПД всей системы под 24%. Замечу, это при том, что при проектировании АПЛ никто за КПД не гоняется, там другие вещи важнее.
---
А вот для НАПЛ все строго наоборот - там КПД - один из главных критериев.
----
Зы, давайте все же будем разделять тепловой и агрегатный КПД турбин, агрегатного выше чем у турбины нет ни у одного другого типа преобразователя, ибо он близок к 90% для больших турбин. А тепловой ограничен известной формулой от температур.
У лодки с тепловой мощностью реактора до 160МВт на валу есть до 50 живых лошадей, т.е. 37МВт. Это общий КПД всей системы под 24%. Замечу, это при том, что при проектировании АПЛ никто за КПД не гоняется, там другие вещи важнее.
---
А вот для НАПЛ все строго наоборот - там КПД - один из главных критериев.
----
Зы, давайте все же будем разделять тепловой и агрегатный КПД турбин, агрегатного выше чем у турбины нет ни у одного другого типа преобразователя, ибо он близок к 90% для больших турбин. А тепловой ограничен известной формулой от температур.
0
Сообщить
№15
Андрей_К
25.04.2015 11:13
Ну, в общем, я уверен что ТЭГ - это оптимальный генератор для атомных подводных лодок, за которым будущее.
Абсолютно бесшумный!
Возможно что придется внутрь лодки провести широкий канал/трубу для подачи воды, для охлаждения.
Но эту трубу можно использовать как движитель - поместить гребные винты внутрь лодки, что еще снизит её шумность.
Абсолютно бесшумный!
Возможно что придется внутрь лодки провести широкий канал/трубу для подачи воды, для охлаждения.
Но эту трубу можно использовать как движитель - поместить гребные винты внутрь лодки, что еще снизит её шумность.
0
Сообщить
№16
Викторович
25.04.2015 11:22
Для отвода 10МВт тепла (примерно столько нужно будет для лодки размером с 677) с разницей с забортной водой в 5° нужно прокачивать через холодильник всего лишь 500 литров в секунду при полной мощности на валу.
Т.е. никаких очень крупных систем для этого не требуется. Можно даже вынести теплообменник за ПК.
Правда габариты самой эмиссионной системы будут минимум с дизель. Сложно сказать, их вроде как никто не делал в таких мощностях. Могу ошибаться.
Даже подозреваю, что ТЭГ нужно топить прямо в воде вне ПК лодки. Это минус один мощный насос на прокачку воды охлаждения, а он шумит... сильно.
----------------
Тут еще ведь один момент, при нормальной напряженности (пусть даже не 60% как в США, а хотя бы 50%), кормить неядерную ВНЭУ топливом и окислителем будет уже через десять лет дороже, чем воткнуть в нее реактор на 20-25 тепловых МВт. Или, в виду малости такого реактора и сравнимых с ТЭГ параметров по воде охлаждения, воткнуть его за борт (под ЛК), тем самым избежав массивной радиационной защиты и упрощая конденсационные контура.
Т.е. никаких очень крупных систем для этого не требуется. Можно даже вынести теплообменник за ПК.
Правда габариты самой эмиссионной системы будут минимум с дизель. Сложно сказать, их вроде как никто не делал в таких мощностях. Могу ошибаться.
Даже подозреваю, что ТЭГ нужно топить прямо в воде вне ПК лодки. Это минус один мощный насос на прокачку воды охлаждения, а он шумит... сильно.
----------------
Тут еще ведь один момент, при нормальной напряженности (пусть даже не 60% как в США, а хотя бы 50%), кормить неядерную ВНЭУ топливом и окислителем будет уже через десять лет дороже, чем воткнуть в нее реактор на 20-25 тепловых МВт. Или, в виду малости такого реактора и сравнимых с ТЭГ параметров по воде охлаждения, воткнуть его за борт (под ЛК), тем самым избежав массивной радиационной защиты и упрощая конденсационные контура.
0
Сообщить
№17
Андрей_К
25.04.2015 20:51
Оказывается в СССР уже что-то такое создавалось, ядерный реактор но только не с ТЭГ генератором , а на основе термоэлектронной эмиссии (ТЭП).
Назывался ядерный реактор "Топаз" - с мощностью 10 киловат.
Создавался для космоса.
http://www.atominfo.ru/news2/b0667.htm
Назывался ядерный реактор "Топаз" - с мощностью 10 киловат.
Создавался для космоса.
http://www.atominfo.ru/news2/b0667.htm
0
Сообщить
№18
Викторович
26.04.2015 15:09
Тему полупроводниковых и эмиссионных (по сути - ламповых) источников стали часто поднимать после того, как остались без турбин средних и малых мощностей.
Государство сейчас колеблется, как эту ситуацию лечить, потому под этот шум могут прокатить прямые преобразователи. Но их эффективность существенно уступает и ДВС и турбинам, и газовым турбинам, и стирлингам. Они хорошо подходят главным образом только для космоса - там необслуживаемость - главное качество.
В этом присутствует попытка уйти от решения проблем с турбинами. И выгодна такая попытка людям либо невидящим, либо ведущим с Россией войну.
Государство сейчас колеблется, как эту ситуацию лечить, потому под этот шум могут прокатить прямые преобразователи. Но их эффективность существенно уступает и ДВС и турбинам, и газовым турбинам, и стирлингам. Они хорошо подходят главным образом только для космоса - там необслуживаемость - главное качество.
В этом присутствует попытка уйти от решения проблем с турбинами. И выгодна такая попытка людям либо невидящим, либо ведущим с Россией войну.
0
Сообщить
№19
Андрей_К
26.04.2015 16:13
Нет ничего вредного в уникальных технологиях.
Термоэмиссионные преобразователи малоэффективны только из-за того, что ими мало занимались.
По сути, единственное слабое место - это утечка тепла без выполнения работы.
Следовательно, если идеально изолировать источник тепла, то КПД можно довести до высоких значений.
А сделать хорошую теплоизоляцию - не думаю, что это нерешаемая задача.
Ну а то, что оно может занять какие-то ресурсы - так с турбинами они занимают разные ниши.
Специалисты по турбинам не являются специалистами по термоэмиссии и атомным двигателям - это разные люди и разные лаборатории, разные фирмы.
Если кому-то дадут задание разработать ТЭГ, то интеллектуальных ресурсов у турбин оно не отнимет.
А деньги - так дефицит не в деньгах.
Ну и двигатели для космоса по любому будут разрабатывать (и не те люди, что могли бы разрабатывать турбины) - но если эти космические двигатели настолько усовершенствуются, что их можно будет поставит на подводную лодку - то почему бы нет?
Термоэмиссионные преобразователи малоэффективны только из-за того, что ими мало занимались.
По сути, единственное слабое место - это утечка тепла без выполнения работы.
Следовательно, если идеально изолировать источник тепла, то КПД можно довести до высоких значений.
А сделать хорошую теплоизоляцию - не думаю, что это нерешаемая задача.
Ну а то, что оно может занять какие-то ресурсы - так с турбинами они занимают разные ниши.
Специалисты по турбинам не являются специалистами по термоэмиссии и атомным двигателям - это разные люди и разные лаборатории, разные фирмы.
Если кому-то дадут задание разработать ТЭГ, то интеллектуальных ресурсов у турбин оно не отнимет.
А деньги - так дефицит не в деньгах.
Ну и двигатели для космоса по любому будут разрабатывать (и не те люди, что могли бы разрабатывать турбины) - но если эти космические двигатели настолько усовершенствуются, что их можно будет поставит на подводную лодку - то почему бы нет?
0
Сообщить
№20
nikola
26.04.2015 17:15
Цитата, q
Где же хуже? Если вы сравниваете полмегаваттную турбинку с большим дизелем Wartsila, который даже в атомный ракетоносец не влезет - то да, хуже.Сранивать надо сравнимое. А не полцикла с его четвертью. К турбине здоровенный котел идет в комплекте с конденсатором. И КПД паротурбинного цикла меньше чем дизеля, особенно на лодке. Зачем все это? Есть дизель. Кстати за кадром осталось чем топить котел.
Цитата, q
В настоящее время их КПД не превышает 8%В настоящее время эффективность данных элементов очень низка (1-2% КПД). Малая доступная разница температур, относительная нестойкость к радиации и тп.
КПД ныне стало неким числом определяющим экономическую привлекательность, поэтому им верить нельзя. Надо смотреть сколько Дж э/э на сколько Дж тепла - и тут оказывается что все печально.
Удел РИТЭГов - малое энергоснабжение. Увы.
Цитата, q
на основе термоэлектронной эмиссии (ТЭП).А тут эффективность получше может быть чем РИТЭГ.
Цитата, q
как остались без турбин средних и малых мощностей.Ой, да ладно сделают если надо турбины, ничего тут сложного нет. Другое дело зачем турбина на неатомной ПЛ.
0
Сообщить
| 1 | 2 | |
|---|