Кавитационный тепловой насос

[Parkhomuk]

Пока просто идея: возможно или нет? И если да, то какова эффективность?

Суть идеи: Имеется поток воды в трубе, далее сечение потока сжимается так, что образуются условия для образования кавитационных пузырей, температура воды должна снизиться (мне кажется что такой эффект должен быть), далее каким-то образом мы делим поток на две части (один с пузырями, другой без них), далее сечение потоков расширяем чтобы убрать условия существования кавитационных пузырей, пузыри схлопываются и температура воды растет (мне кажется что такой эффект должен быть), по итогу имеем два потока один из которых холодней начального, а второй теплее.
Кто, что думает?

[sergey zhukov]

Parkhomuk
Наверняка что-то такое возможно. Только тут процесс далек от равновесного, т.е. эффективность его оставляет желать лучшего. В обычном холодильнике процесс испарения при пониженном давлении (та же кавитация, точнее то, что происходит при образовании пузырька) происходит так, что "отделять пузыри" не нужно. Кстати, пузыри в Вашем устройстве лучше не схопывать вообще, а отделять полностью.

Т.е. работать ему нужно так: давление над водой каким-то образом снижается, часть воды испаряется, оставшаяся вода охлаждается. Водяной пар собирается, проходт через компрессор и поступает в конденсатор, где при повышенном давлени конденсируется, нагревается, отдает тепло в окружающую среду и возвращается обратно в цикл.

Собственно, сама кавитация (все эти схлопывания пузырьков, которые приводят к кавитационной эррозии металла) - вредная штука в холодильном плане. Она только генерирует бесполезное лишнее тепло и снижает холодильный КПД. Термодинамические процессы должны быть максимально гладкими и плавными (для высокой эффективности).

[Parkhomuk]

sergey zhukov
Мне хотелось бы понять работоспособность идеи именно в сформулированном мной виде, где источником энергии является только напор начального потока. Грубо говоря: может ли существовать такая насадка на кран с двумя выходами, где из одного выхода тепленькая идет, а из другого холодненькая? Мне кажется какую-то оценку можно дать исходя лишь из начальной механической энергии потока.
Кроме того не согласен с аналогией на обычную испарительную тепловую машину, ведь здесь внутренняя энергия воды идет не только на испарение внутрь кавитационных пузырей, но и на создание их поверхности (что возможно гораздо существенней).

[DimaM]

Parkhomuk в сообщении #1696386 писал(а):

далее каким-то образом мы делим поток на две части (один с пузырями, другой без них)

Может, не мудрствовать лукаво и сразу поставить демона Максвелла?

[Parkhomuk]

DimaM в сообщении #1696394 писал(а):

Может, не мудрствовать лукаво и сразу поставить демона Максвелла?

Ну нет, не настолько сурово. Мне виделось, что-то типа циклона, или еще какой "завихритель" разделяющий поток на две фракции по плотности: более тяжелый где мало пузырей, и более легкий где много пузырей.

[sergey zhukov]

Parkhomuk
Такое возможно. Т.е. если есть любой источник энергии, то всегда можно построить машину, которая будет "разделять тепло и холод" за счет того, что "тепла всегда будет получаться больше, чем холода". Например, можете посмотреть вихревую трубу Ранке-Хильша.

Создание поверхности пузырей - бесполезная трата энергии. Ведь затем они у вас схлопываются, и вся энергия поверхностного натяжения переходит в тепловую. Это, конечно, способ нагревать воду, так работают кавитационные теплогенераторы (точнее, "работают", поскольку они, якобы, эффективнее обычного электронагрева воды, что уже явно не так). Но это не добавляет КПД этой машине, т.к. ее задача в том, чтобы при разделении произвести как можно меньше дополнительного тепла, а не больше.

Верхним пределом эффективности для подобных машин является обратный цикл Карно. Это тепловая машина, которая при помощи механической работы передает тепло от холодного тела к горячему, производя при этом теоретически возможный минимум дополнительного тепла. Посмотрите в вики.

[Parkhomuk]

sergey zhukov
Вы попали в самую точку: именно труба Ранке-Хильша и кавитационный "теплогенератор" натолкнули меня на предложенную идею.
Кстати, насколько я слышал, CAE пакеты не могут адекватно считать трубы Ранке, якобы согласно расчетам холодный и горячий выход не соответствует опыту (перепутаны местами). Насколько я понял Вы развлекаетесь с COMSOL'ом, интересно как он справится с этой задачей.

sergey zhukov в сообщении #1696397 писал(а):

Создание поверхности пузырей - бесполезная трата энергии. Ведь затем они у вас схлопываются, и вся энергия поверхностного натяжения переходит в тепловую.

Вот в этом и суть идеи: забираем мы энергию у всей воды, а назад отдаем ее только части исходного потока.

[sergey zhukov]

Parkhomuk в сообщении #1696401 писал(а):

забираем мы энергию у всей воды, а назад отдаем ее только части исходного потока.

А тут нужно следить за тем, чтобы машина именно перераспределяла тепло, а не просто создавала новое. Кавитация - это как раз ближе ко второму.

Посчитать в comsol можно. Попробую