Суть любой статьи о Самоваре сводится к утверждению что именно витые трубы являются главным секретом устройства. Чаще всего их "обвиняют" в генерации энергии.
Причем, этот факт приводится в утвердительной форме, не подразумевающей какой либо альтернативы. А дальше...
Дальше начинается полет фантазии.
Поймите меня правильно.
Если рассматривать различные предположения о принципе работы Самовара, как некий мозговой штурм, то я за любые фантазии. Даже если на мой взгляд они летят в совершенно не верном направлении.
Но основная проблема/кошмар в том, что фантазия одна на всех!
Витые трубы->антилопьи рога->волшебная генерация энергии.
Все! Это максимум.
Уж извините, если кого обижу, но это не полет. Это ползком по дну.
Почему то, никто не пытается разобраться в том, а зачем в Самоваре витые трубы нужны в принципе?
Информации для этого достаточно. Ее не надо искать. Она появилась не вчера. Она стала общедоступна еще при жизни Шаубергера.
Я говорю об эксперименте Поппеля.
Вообще то, ситуация логична.
Если исходить из веры в то, что витые трубы являются главным секретом получения энергии, то разобраться в том зачем они нужны равнозначно открытию источника свободной энергии.
Но если взять отчет Поппеля и учебник физики за 8 класс, то легко разобраться, что витые трубы всего лишь снижают силу трения потока.
Это значит что они не являются источником энергии. Не являются главным секретом. Они обеспечивают условия для того чтобы "главный секрет" работал генерируя энергию.
Вам не нужно знать секрет управления автомобилем, чтобы понять, почему на нем установлены надувные колеса вместо цельнолитых и какую функцию они выполняют.
Не надо знать секрет Самовара чтобы понять зачем в нем применяются витые трубы снижающие трение.
Чтобы в этом разобраться...
Давайте сравним два тепловых двигателя. Самовар и почти обычный паровой поршневой двигатель.
Так как рабочее тело (вода) бегает в Самоваре по кругу, то для сравнения нам понадобится паровой движок с замкнутым циклом рабочего тела.
По этому принципу строились паровозы для засушливых регионов. Правда, по ряду причин они не получили широкого распространения.
Далее по тексту, с одной стороны я буду использовать слово "температура", а с другой говорить о съеме кинетической энергии с молекул рабочего тела.
Фраза "съем кинетической энергии с молекул " может показаться некой формой словоблудия, которая позволяет натянуть сову на глобус.
По этому ...
Рассмотрим на примере парового двигателя с замкнутым циклом то, какие физические процессы происходят в нем на самом деле.
В топке, при сгорании угля, происходит выделение большого количества энергии. Это выражается в том, что молекулы топочных газов колеблются с очень большой амплитудой и бешеной частотой. Они бьют в стенку котла как в барабан, естественно, постоянно соударяются между собой и ...
В прямом смысле слова, задалбывают/раскачивают/передают свою кинетическую энергию молекулам металла котла.
Те, в свою очередь, тоже разгоняются и задалбывают/передают свою кинетическую энергию молекулам воды находящимся в котле.
Молекулы воды, будучи в жидкой фазе, имеют ограниченную амплитуду колебаний и всю передаваемую им энергию "впитать" не могут. А так как энергия продолжает поступать, воде ничего не остается как перейти в более энергоемкое состояние. В состояние пара.
Пар это газ, амплитуда и частота колебаний его молекул очень большая. Молекулы пара "бесятся" внутри замкнутого объема котла, хаотично и разнонаправленно ударяясь в стенки и друг в друга.
Те молекулы пара, которым "повезло" находиться напротив входа в паропровод, при очередном движении не встречают препятствия. Проваливаются в трубу и продолжают "беситься" там.
Добравшись до цилиндра молекулы пара продолжают хаотично колебаться/биться во все что встретится на их пути.
При ударе в стенку цилиндра, их кинетическая энергия, частично, передается молекулам стенки. Эту энергию мы записываем в потери.
При ударе в поршень, кинетическая энергия молекул пара, передается/переходит в кинетическую энергию поршня и поршень перемещается.
Повторяю.
Поршень движется потому что на него обрушивается град ударов со стороны молекул пара. При каждом соударении поршню передается частичка кинетической энергии ударившей его молекулы.
Съем кинетической энергии происходит непосредственно с молекул рабочего тела (пара) и превращается в кинетическую энергию поршня.
По достижении поршнем нижней мертвой точки, срабатывает система клапанов.
Поделившись/передав кинетическую энергию колебаний поршню, молекулы пара становятся немного "грустными". Не такими скоростными как прежде, но все же достаточно подвижными.
Поэтому, после открытия выходного клапана они устремляются в конденсатор. Частично сами, частично их туда выталкивает поршень, совершая обратный ход.
Молекулы умеют только хаотично колебаться и соударяться друг с другом делясь при этом кинетической энергией.
Поэтому они продолжают делать тоже самое в конденсаторе. Но...
Разогнать/раскачать молекулы металла тонких трубок конденсатора у молекул пара не получается.
Трубки конденсатора принудительно и очень интенсивно обдуваются окружающим воздухом. В результате чего, молекулы металла тонких трубок очень быстро избавляются от лишней кинетической энергии, отдавая ее в окружающую среду (воздуху).
В конденсаторе молекулы рабочего тела "грустнею" и замедляются настолько, что переходят в состояние жидкости.
Образовавшуюся воду помпа перекачивает обратно в котел и таким образом цикл рабочего тела замыкается.
Вы заметили, что при описании я не использовал такие понятия как температура или давление?
Я это делал не специально. Я описывал только те процессы и взаимодействия которые реально происходят внутри машины.
Как видите никакого давления или температуры там нет.
Да мы привыкли швыряться этими понятиями направо и налево, но..
Как бы странно это не звучало, их нет в реальности.
Такие понятия как температура и давление существуют только внутри специализированной методики расчета, под названием термодинамика.
По этому поводу у меня была статья.
Для того чтобы верно представлять происходящее нужно использовать не непонятные понятия из недр термодинамики, которые зачастую принципиально непредставимы, а базовую модель на которой основана термодинамика. Это шарики и пружинки, молекулы и межмолекулярные связи.
Что такое базовая модель?
Это значит что ученые подумали-подумали и сказали.
В реальности существуют только шарики и пружинки.
Только так и никак наче разрешено представлять и можно полноценно понять процессы, происходящие внутри вещества.
Мы очень долго думали и пришли к выводу что, такая модель идеальна для понимания и описания. Поэтому мы узакониваем ее в качестве базовой.
Любые другие способы понять/описать это бред, тупизна и вообще от лукавого.
Ну, или, в самом крайне случае, другие способы описания не идеальны, потому что они имеют ограничения.
И так.
- Все двигатели на планете Земля работают от солнечной энергии. Ссылка на соответствующую статью.
Количество, сложность, и продолжительность переходов/превращений солнечной энергии до попадания в двигатель значения не имеет.
Как и то что происходит с энергией после. Как не крути она по любому вернется в поток, протянувшийся от Солнца в дальний космос. - Все двигатели на планете Земля (те которые используют рабочее тело) напрямую воспринимают кинетическую энергию его молекул.
Либо это так, либо вас глючит. Третьего не дано.
При этом: форма, красота, необычность или варлоноподобность движка значения не имеют.
Самовар и паровик с конденсатором. Сравнение.
И тот и тот:
- Тепловые машины, а значит работают от солнечной энергии.
- Берут энергию из окружающей среды. Так как дерево и воздух это часть окружающей среды.
Вот если бы деревья росли на Солнце и прилетали бы к нам в готовом виде, было бы совсем другое дело.
В нашем случае, энергия Солнца добралась до Земли, до нашей окружающей среды и внутри этой среды "оплатила" синтез деревяшки и нагрев/разгон молекул воздуха.
Так что энергия солнечная, но в движки она поступает непосредственно из окружающей среды.
И по этому пункту железяки однотипны. - Используют в качестве рабочего тела воду.
Вода не является источником энергии. Она передает энергию из окружающей среды на детали механизма которые "заточены" на взаимодействие с молекулами воды. - Реализуют замкнутый цикл рабочего тела.
Отсюда следует, что если мы не будем углубляться в конструктивные особенности/различия каждой из машин, а будем рассматривать их вообще, то мы имеем полное право их сравнивать.
Как известно, и в этом нет никаких сомнений, двигатель будет работать если есть разница энергетических потенциалов.
На какой разнице энергетических потенциалов работает паровик?
На разнице между уровнем энергии в печке и уровнем энергии в окружающей среде.
Будем считать что:
1. За один оборот коленвала через двигатель проходит один литр рабочего тела.
2. Температура источника высокого потенциала энергии, т.е. печки = 1025℃.
3. Температура источника низкого потенциала энергии, т.е. окружающей
среды = 25℃.
Если применить термины термодинамики можно сказать, что мы используя энергию эквивалентную температурной дельте в 1000℃ и 1 литр рабочего тела проворачиваем вал на 1 оборот.
Или другими словами.
Сколько энергии влезет в 1 литр рабочего тела при температурной дельте в 1000℃ столько этот литр и сбрасывает на вал.
Условно КПД=100%.
На какой разнице энергетических потенциалов работает Самовар?
Тут интересней.
Источником высокого потенциала энергии является "вдыхаемый через шар" воздух, а источником низкого потенциала сам процесс отъема/превращения кинетической энергии молекул в кинетическую энергию вала.
Будем считать что:
1. За один оборот вала турбины через нее, тоже, проходит 1 литр рабочего тела.
2. Температура источника высокого потенциала энергии, т.е. окружающей среды = 25℃.
3. Температура источника низкого потенциала энергии ... Мда, тут такая формулировка не применима.
ГрамотнЕе сказать, минимально возможная температура рабочего тела = 0℃.
В любом случае ниже быть не может. Лед по трубам не течет.
Значит можно сказать, что мы используя энергию эквивалентную температурной дельте в 25℃ и 1 литр рабочего тела проворачиваем вал на 1 оборот.
Или другими словами.
Сколько энергии влезет (точнее было) в 1 литре рабочего тела при температуре в 25℃ столько этот литр и сбрасывает на вал турбины.
Опять же, считаем что КПД=100%.
Т.е. энергосодержание 1 литра рабочего тела у Самовара в 40 раз! МЕНЬШЕ чем у обычной паровой машины.
Для дальнейшего сравнения давайте зададимся таким параметром как мощность. Сравнивать двигатели по содержанию энергии в литре рабочего тела неудобно.
Мощность это количество энергии в единицу времени. Той самой энергии которую мы снимаем с вала.
И еще, как некая отправная точка, нам понадобится частота вращения выходного вала.
Если обороты Самовара мы точно не знаем. Только догадываемся.
К сожалению, никто из посетителей музея не догадался сфотографировать шильдик электрогенератора.
То про паровые поршневые машины знаем. Реальные паровые машины работают на 300 - 500 об/мин. Паровики это не самые оборотистые движки.
Не потому что не могут, а потому что им это не нужно.
В любом случае нас больше интересует порядок величины а не точная цифра.
Честно говоря шильдик не помешал бы. Раз его нет, ткну пальцем в небо и скажу, что мощность выдаваемая Самоваром 1 кВт. Глядя на электрогенератор мне так кажется.
Нам нужно сравнить два вида двигателей одинаковой мощности. Пусть они будут по 1 кВт-у.
Продолжаем.
Паровой двигатель.
Совершает 1 оборот снимая с 1 литра рабочего тела энергию которую мы загоняем в него температурной дельтой 1000℃.
Он совершает 500 об/мин при этом выдавая на валу 1 кВт/час.
Самовар
Исходя из рассуждений о энерго содержание 1 литра рабочего тела Самовар имеет мощность в 40 раз меньше чем паровой движок.
Предположим, что обороты турбины равны 500 об/мин. Тогда мощность Самовара 0,025 кВт/час.
Мда-а-а...
Судя по фотографии 1 кВт/ч все таки ближе к реальности чем 0,025.
Отсюда вопрос.
Как добиться съема энергии с турбины Самовара в таких же количествах как у паровика? или Как сделать так чтобы Самовар выдавал такую же мощность на валу как паровик?
При этом энергосодержание в 1 литре рабочего тела в 40 меньше и это не фантазия. Это +- реальная оценка.
Наука знает всего два варианта ответа на этот вопрос?
Вариант №1.
Если мощность это энергия в единицу времени, а Самовар за 1 оборот выдает 1/40 часть от необходимого, значит нужно повысить обороты турбины в 40 раз.
500х40 = 20 000 об/мин.
Знаете, если вы достаточно долго занимаетесь каким то делом, то у вас вырабатывается способность к предсказаниям.
Я бы, стоя рядом с Самоваром, больше 500 об/мин раскручивать его не рискнул бы. Я имею в виду "крейсерские" обороты. Не включил выключил, а включил и оставил на неделю.
Вангую крейсерская скорость 500 об/мин максимум.
1500 об/мин - ну-у-у...может бы-ы-ыть...
Но только с закрытым кожухом и только кратковременно. Потому что методы, качество и особенности дизайна конструкции не предполагают таких оборотов.
Выше 2000 об/мин это сказки. Не выдержит. Развалится.
А уж 20 000 об/мин для обеспечения необходимой мощности это фантастика. Тогда остается только...
Вариант №2.
Если мощность это энергия в единицу времени, а энергию у нас переносит рабочее тело, значит нужно в 40 раз повысить обороты рабочего тела.
Т.е. обороты турбины прежние, условно 500 об/мин, но за один оборот сквозь турбину проходит не 1 литр а 40.
Во-о-от.
Это уже похоже на правду. Только есть одна загвоздочка.
Для того чтобы через трубы турбины прошло в 40 раз больше рабочего тела у него должна быть скорость в 40 раз выше.
А сила трения находится в квадратичной зависимости от скорости. Грубо говоря трение внутри турбины возрастет в 1600 раз.
Другими словами, при увеличении кратности циркуляции рабочего тела до необходимой нам величины потери на трение превысят (многократно) полезный выхлоп.
Единственный шанс на то чтобы Самовар заработал, это сделать так, чтобы трение внутри турбины было очень низким.
Применение геликоидальных труб оправдано необходимостью снизить трение иначе Самовар не сможет работать, независимо от того каков его главный секрет.
Что это нам дает?
- Можно выдохнуть и перестать трансцендентно дрючить бедных антилоп!!!
В витых трубах просто нет трения. Узнали. Запомнили. Идем дальше.
Можно спокойно подумать над вопросом.
Как на самом деле работает Самовар с учетом особенности витых труб?
Можно попытаться раскрыть настоящий "секрет" его работы. - На повышение кратности циркуляции в 40 раз можно взглянуть по другому. Для чего витые трубы позволяют увеличить циркуляцию в 40 раз? Для того чтобы главный "секрет" смог преобразовать/выдать необходимое количество энергии в единицу времени. В нашем случае 1 кВт/час.
А если мне 1 кВт/час не нужен? Если меня вполне устроит 0,025 кВт/час?
Что тогда?
А тогда витые трубы не нужны. Подойдут обычные конические.
Правда, несчастные 25 Вт запросто может сожрать сила трения в подшипниках и уплотнителях, но это уже вопрос десятый. - Еще раз посмотрим на повышение кратности циркуляции в 40 раз с другой стороны.
Зачем она нужна? В чем суть?
Суть в повышении скорости. Чтобы через тонкие трубы прогнать достаточное количество литров рабочего тела. Чем больше литров тем больше энергии.
Та-а-ак. Подождите, подождите...
А почему трубы тонкие?
Ну, потому что в этом случае устройство будет достаточно компактным и привлекательным для покупателя.
А если, как бы помягче выразиться, привлекательность мне не во что не уперлась?
Ну тогда можно собрать бандуру на обычных конических трубах большого диаметра.
Большой диаметр труб обеспечит такие же литры на низких скоростях.
Это раз.
Большой диаметр труб как известно снижает гидравлическое сопротивление.
Это два.
Если вспомнить график Поппеля, на низких скоростях гидравлическое сопротивление обычных труб ниже витых.
Это три.
Та-а-ак. А что если высокая скорость потока в тонких трубах нужна не только для обеспечения литров в минуту? Что если используется инерция высокоскоростной струи? Для чего нибудь?
Ну, тогда мы можем компенсировать недостаток силы инерции потока центробежной силой. Бандура должна быть большОго диаметра. Чем больше радиус вращения тем больше центробежная сила. Которая является ничем иным ка-а-ак? Силой инерции.
Вывод из третьего пункта.
Применение витых труб в самоваре это уступка компактности вот и все. - Можно построить математическую модель Самовара.
Допустим вы решили, что нашли разгадку!
Обычно прежде чем хвататься за паяльник с напильником неплохо все прикинуть на бумажке.
Покалякать формулы всякие. Убедиться что решение принципиально рабочее.
Но вот беда. В формулы нужно подставлять реальные характеристики, а характеристик геликоидальных труб в справочниках нет.
А если подумать?
Что значит поток в котором отсутствует сила внутреннего трения?
Что это?
Это сверх текучесть.
А кто у нас демонстрирует сверх текучесть?
Гелий.
Так что, если нужен прикидочный расчет. Общее понимание да или нет. Вместо витых труб вставляем конические, в вместо гидродинамических характеристик воды подставляем характеристики гелия. - Допустим, вы не хотите заниматься подтасовкой характеристик. Замечательно. Перевидите свой теоретический Самовар полностью на гелий.
Корпус должен быть герметичным, шар заварить, а теплообменный блок утыкать тепловыми трубками.
В этом случае Самоваро-Еж на гелии будет работать и зимой тоже.
Кроме того, гелий РЕАЛЬНО сверхтекуч у него внутренняя сила трения отсутствует. А витые трубы всего лишь снижают трение. Это значит что на гелии Самоваро-Еж выдаст большую мощность.
Пора заканчивать с вариантами, а то не остановлюсь.
Резюмирую.
- Геликоидальные трубы не генерируют/преобразовывают энергию окружающей среды, а всего лишь снижают силу трения потока рабочего тела.
- Не надо думать что те технические и конструкционные решения которые применил Шаубергер единственно возможные для реализации съема энергии с окружающей среды (кинетической энергии молекул воздуха).
- Как не хотелось бы мне приукрасить события и приписать Шаубергеру гениальную гениальность ......
Глубочайших знаний в области энергетики, (знаний соответствующих гениальной гениальности) у Шаубергера не было.
По его словам свое вдохновение он черпал наблюдая за природой.
А это значит, что то природное явление, тот физический процесс который является главным секретом Самовара, можно увидеть гуляя по лесу.
Как говорил профессор Доуэль: "Нужно всего лишь догадаться"
