О возможности создания монотемпературного преобразователя теплоты в работу

Ю.Е.Виноградов

За рубежом удельная стоимость оборудования атомной энергетики не превышает 1500 долларов за кВт, в России планируют строительство плaвучей атомной электростанции с плановой удельной стоимостью $5 000 за кВт, а реально получится $10 000. Почему?

Атомники думают, что им конкуренции не будет в будущем! От имени авторов предлагаю реферат статьи, из которой становится понятно, что есть теоретическая база под заявлением о том, что можно создать бестопливные, не опасные в радиационном отношении, не притягательные для террористов, 100%-ной заводской готовности агрегаты мощностью до 10 тыс. кВт по цене менее 200 долларов за кВт мощности. Разработанный преобразователь теплоты окружающей среды в механическую работу преобразует до 65% энергии в полезную работу, а остальное тратит на внутренние нужды. Предлагается вспомнить, как же доказывается невозможность создания монотемпературного преобразователя теплоты в механическую работу.

Авторы – популяризаторы термодинамики, Р.Фейнман и В Бродянский [1] и [2], стр. 110 и 133, соответственно, объединяют две тепловые обратимые машины, работающие между температурой подвода теплоты Тподв. и температурой холодильника Тхолод. так, что машина, включенная в прямом направлении, производит много бросовой теплоты и немного механической работы, а тепловая машина, включенная в обратном режиме (холодильная машина), должна выносить из-под первой машины всю бросовую теплоту в нагреватель, причем приводиться в действие вторая машина должна частью выходной работы первой машины1.

1Доказательство Фейнмана и Бродянского приведено в приложении.

В доказательстве утверждается, что работа, выработанная тепловой машиной равна работе, затрачиваемой на привод холодильной машины, и внешнему пользователю не достанется полезного эффекта от такого симбиоза двух машин.



Однако, конструкторами паровых энергоблоков, например ТВМ-300 на Каширской ГРЭС (турбина СКР-100-300) [3], предусмотрен поэтапный нагрев рабочего тела. Сначала питательная вода подогревается отобранным паром, который идёт на турбину привода питательного насоса (нагревается вода до 2700С). Потом рабочее тело поступает в самый последний, по пути следования печных газов, теплообменник и отбирает теплоту у дымовых газов (подогревается вода до 3210С), потом вода поступает к топке и охлаждает форсунки топки (нагреваясь дополнительно до 4060С). Потом пар поступает в створ движения топочных газов, нагревается до 6550С и подаётся на турбину высокого давления.

Вопрос: Почему подобную процедуру нельзя предусмотреть при нагреве рабочего тела в первой, прямой тепловой машине монотемпературного преобразователя?

Ответ: Подобную схему не только можно применить, но и нужно! Для реализации этой идеи следует применить сложный тепловой насос, у которого холодный радиатор будет общий, а горячих радиаторов теплового насоса может быть несколько, например, четыре. Только четвёртый (из 4-х) радиатор теплового насоса должен выносить теплоту на температуру подвода теплоты к тепловой машине Тподв.. Три из 4-х радиатора должны выносить теплоту на более низкую температуру и передавать теплоту в нагреваемое рабочее тело. В таком случае, будет требоваться, на привод сложного теплового насоса, меньше энергии, чем, если бы работал один тепловой насос и выносил бы он бросовую теплоту в нагреватель.

Следствие из ответа на вопрос:

Применив такой сложный тепловой насос в схеме монотемпературного преобразователя теплоты в механическую работу, придётся признать, что затраты на привод такого распределённого теплового насоса окажутся меньше теоретических, появится некоторая экономия выходной работы тепловой машины преобразователя и эта экономия может составлять ВЫХОДНУЮ ПОЛЕЗНУЮ РАБОТУ ДЛЯ ВНЕШНЕГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ!!!

Вывод

1. Предлагается, с этого момента, не вкладывать уничижительных мотивов в отношении лиц, которые конструируют монотемпературные преобразователи теплоты – вечные двигатели второго рода!

2. При технической экспертизе проектов топливосбережения никогда не пользоваться вторым началом термодинамики. В данной статье показано, что даже средствами обратимых машин можно сэкономить на затратах привода теплового насоса, а сэкономленную энергию передать внешнему потребителю.

Библиография
1. Фейнмановские лекции по физике, Стр.122, вып. 4, изд. 4-е, испр. – М, Едиториал УРСС, 2004. – 264с.
2. В.М.Бродянский, «Вечный двигатель прежде и теперь», Москва, Физматлит, 2002г., библиография - 91 источник.
3. Н.Васильев и др. «Каширская ГРЭС…» Наука и жизнь, №12, 1980г. Стр.2 – 7.


Приложение

Во избежание кривотолков, можно ещё раз пройти по пути доказательства, выполненного в рамках примитивной и вульгарной физико-математической модели с равномерным распределением теплоты по температуре, которую предложили В. Томпсон (лорд Кельвин), Р. Клаузиус, М. Планк.

Итак, к настоящему времени, теплородистами (официальной термодинамикой), безусловно, признаются только две формулы.

• Одна из них – это формула для оценки КПД обратимой тепловой машины в режиме прямом:

hspace=4 = (Тподв. – Тхолод.) / Тподв., где (1)

hspace=4 – всегда меньше единицы, Тподв. – температура подвода теплоты; Тхолод. – температура холодильника тепловой машины.

Тогда, количество теплоты, потребляемой тепловой машиной Qпитания:

Qпитания = Авых + Qбросовой, где (2)

Qбросовой - это теплота, оставшаяся в отработавшем теле;

Авых – механическая работа на выходном валу паровой машины.

Работа на выходе тепловой машины, а Авых:

Авых = hspace=4 * Qпитания = Qпитания * (Тподв. – Тхолод.) / Тподв., (3)

Количество бросовой теплоты в отработавшем рабочем теле:

Qбросовой = Qпитанияhspace=4 (Qпитания) (4)

• Другая формула - обратная формула С.Карно определяет холодильный коэффициент теплового насоса (обратимой тепловой машины, включенной в обратном режиме), например, в том же интервале температур:

hspace=4 = Qбросовойпривода = Тхолод./ (Тподв. – Тхолод.), где: (5)

Qбросовой. -> количество теплоты перенесённой от тела с температурой Тхолод.;

Апривода -> количество механической работы затраченной на процедуру перенесения теплоты.

Или, из (5) следует, что:

Апривода = Qбросовой / hspace=4 (6)

Если в (6) подставить значения Qбросовой, из (4) hspace=4 - из (5) и hspace=4 – из (1), то получится выражение:

Апривода = Qпитания * (Тподв. – Тхолод.) / Тподв. (7)

Из (7) следует, что затраты на привод теплового насоса точно равны количеству (3), выработанной работы прямой тепловой машиной, работающей в том же интервале температур, где теплота перемещается тепловым насосом от Тхолод. к Тподв..

Сэкономленная энергия на приводе холодильной машины – это выходная работа вечного двигателя второго рода и работа положительна!

назад

Материалы из архива

11.2006 Духовное первично…

Е.А.Шашуков, директор музея ГУП НПО «Радиевый институт им. В.Г.Хлопина» Надежда на ренессанс ядерной энергетики заставила руководителей атомной отрасли, ученых, вузовских преподавателей, студентов обратить внимание на состояние дел в области ядерного образования, имеющего самое непосредственное отношение к кадровой политике в атомной отрасли. В частности, этот вопрос обсуждался на круглом столе, состоявшемся в Санкт-Петербурге в сентябре 2006 года, во время проведения Международного ядерного форума.

12.2009 Энергетика на быстрых реакторах: от замысла через опыт к новому старту

В.В.Орлов, д.ф-м.н., профессор, НИКИЭТI. Военная предыстория, роль теорииЯдерная энергия, в миллионы раз превосходящая химическую по калорийности и ресурсам топлива, с начала 20 века будила воображение ученых и фантастов (Содди, Уэллс, Вернадский). Но Резерфорд и др. физики сомневались в ее практическом значении: ускоренные заряженные частицы теряют энергию в кулоновских столкновениях, так что выход ядерных реакций мал и выделенная энергия много меньше затраченной.

2.2006 Одна и та же истина возникает не однажды…

А.Г.Шлёнов, к.т.н., специалист в области физических полей Титаном мысли, собравшим все доступные сведения и избежавшим односторонности и крайностей своих предшественников, был Аристотель (384–322 до н.э.) – автор многих трудов по логике, риторике, философии, диалектике, физике, астрономии, космологии, биологии, этике, политике, социологии, истории, музыке, поэзии, театре, психологии, теологии..., затронувший, по-видимому, все области знания.