Вы не авторизованы...
Вход на сайт
Сегодня 23 октября 2018 года, вторник , 15:18:06 мск
Общество друзей милосердия
Опечатка?Выделите текст мышью и нажмите Ctrl+Enter
 
Контакты Телефон редакции:
+7(495)640-9617

E-mail: nr@oilru.com
 
Сегодня сервер OilRu.com - это более 1278.91 Мб информации:

  • 540786 новостей
  • 5112 статей в 168 выпусках журнала НЕФТЬ РОССИИ
  • 1143 статей в 53 выпусках журнала OIL of RUSSIA
  • 1346 статей в 45 выпусках журнала СОЦИАЛЬНОЕ ПАРТНЕРСТВО
Ресурсы
 

Слагаемые эффективности

 
Джозеф Кинг, директор исследовательской программы агентства ARPA-E
Давайте заставим работать горячий воздух
01.12.2017

Более 60% всей первичной энергии, которая производится в любой развитой стране, рассеивается в атмосфере в виде бросового тепла. Если посмотреть на ситуацию с точки зрения экономики, получится, что из каждого заработанного доллара мы теряем 60 центов.

Давайте сфокусируемся на утилизации низкопотенциального бросового тепла. Почему именно его? Оно, например, даёт разработчикам большую свободу в выборе конструкционных материалов, что невозможно при более высоких температурах. На рис. 1 дана статистика по американской промышленности, где, в частности, видно, сколько тепла рассеивается в атмосфере при температурах горячего тела Th до 230 градусов Цельсия. Также на рисунке отражена потенциальная возможность преобразования бросового тепла разных видов в полезную работу из расчёта, что температура холодного тела Tc в тепловой машине будет равна 25 градусов Цельсия. Как видите, самые большие перспективы несёт именно низкопотенциальное тепло.


Обратите внимание, что первый красный столбик выше, чем второй и третий вместе взятые, а потому возникает вопрос: «Почему инженеры не используют низкопотенциальное тепло?» Они ответят, что все дело в цикле Карно, который не позволяет построить эффективные устройства, работающие на таком тепле.

Но я скажу, что цикл Карно здесь ни при чём. Взгляните на рис. 2 – и вы увидите, что в реальности технологии далеко не дотягивают до предела эффективности, заданного уравнением Карно. Даже «золотой стандарт», то есть паровой цикл Ренкина, на практике даёт лишь половину теоретически возможного результата.


Проблема здесь (это инженерный секрет) в особенностях процесса теплопередачи. Интенсивность теплопередачи прямо пропорциональна разнице температур горячего и холодного тел и площади теплообмена. Чем больше разница температур, тем легче забрать энергию у горячего тела, пропустить её через тепловую машину и отдать холодному телу. Кроме того, чем больше разница температур, тем меньшей по размерам может быть энергетическая установка. В случае же низкой теплопроводности материалов для сбора бросового тепла в установках мегаваттного класса потребуется теплообменник размером с футбольное поле.

Я уже отмечал, что при таких температурах можно подбирать различные конструкционные материалы. Имеет смысл добиваться наиболее высокого коэффициента теплопередачи. Здесь я вижу большие перспективы в метаматериалах. Что это такое? Это покрытия, которые кардинально меняют свойства материалов в разных диапазонах электромагнитного спектра. Например, если вы живьём увидите американский бомбардировщик-невидимку B2, вы поразитесь его размерам. Однако на экране радара он виден как нечто совершенно небольшое, вроде птицы.

Природа давно использует подобные эффекты. Например, существуют красивые голубые бабочки Морфо, не имеющие на крыльях никаких красителей (см. рис. 3). У них просто такая структура крыльев. Под микроскопом видно что-то вроде многочисленных расчёсок, зубья которых образуют резонаторы для волн голубого света.


Десять лет назад мы только пробовали в лабораториях управлять структурой материалов на нано- и субмикронном уровнях. Сегодня же существуют десятки компаний, которые могут создать различные микро- и нанотекстуры, улучшающие поглощение или отражение тепла. Эти структуры можно встроить в тепловые машины, заодно применив современные подходы к разработке энергетического оборудования.

В итоге я вижу два основных направления для совершенствования. Первое – на уровне системной интеграции – как улучшить отбор тепла и его прохождение через элементы тепловой машины, используя методы, о которых я уже рассказал, плюс тепловые трубки, новые виды рабочего тела и микрогидродинамику. Второе – необходимо прицельно работать с системами преобразования энергии, чтобы последовательно улучшать характеристики малоэффективных устройств

Руководство ARPA-E считает, что наиболее успешные программы научно-технического развития в генерации должны объединять физику, инженерное искусство и материаловедение. Все три слагаемые необходимы.



0

 

 
Анонсы
Реплика: Страшный сон правящих элит-11
Выставки:
Новости

 Все новости за сегодня
 Все новости за 01.12.17
 Архив новостей

 Поиск:
  

 

 
Рейтинг@Mail.ru   


© 1998 — 2018, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-51544
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 2 ноября 2012 г.
Все вопросы по функционированию сайта вы можете задать вебмастеру
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются на портале oilru.com, может не совпадать с мнением редакции.
Время генерации страницы: 0 сек.

Слагаемые эффективности

Джозеф Кинг, директор исследовательской программы агентства ARPA-E
Давайте заставим работать горячий воздух
01.12.2017

Более 60% всей первичной энергии, которая производится в любой развитой стране, рассеивается в атмосфере в виде бросового тепла. Если посмотреть на ситуацию с точки зрения экономики, получится, что из каждого заработанного доллара мы теряем 60 центов.

Давайте сфокусируемся на утилизации низкопотенциального бросового тепла. Почему именно его? Оно, например, даёт разработчикам большую свободу в выборе конструкционных материалов, что невозможно при более высоких температурах. На рис. 1 дана статистика по американской промышленности, где, в частности, видно, сколько тепла рассеивается в атмосфере при температурах горячего тела Th до 230 градусов Цельсия. Также на рисунке отражена потенциальная возможность преобразования бросового тепла разных видов в полезную работу из расчёта, что температура холодного тела Tc в тепловой машине будет равна 25 градусов Цельсия. Как видите, самые большие перспективы несёт именно низкопотенциальное тепло.


Обратите внимание, что первый красный столбик выше, чем второй и третий вместе взятые, а потому возникает вопрос: «Почему инженеры не используют низкопотенциальное тепло?» Они ответят, что все дело в цикле Карно, который не позволяет построить эффективные устройства, работающие на таком тепле.

Но я скажу, что цикл Карно здесь ни при чём. Взгляните на рис. 2 – и вы увидите, что в реальности технологии далеко не дотягивают до предела эффективности, заданного уравнением Карно. Даже «золотой стандарт», то есть паровой цикл Ренкина, на практике даёт лишь половину теоретически возможного результата.


Проблема здесь (это инженерный секрет) в особенностях процесса теплопередачи. Интенсивность теплопередачи прямо пропорциональна разнице температур горячего и холодного тел и площади теплообмена. Чем больше разница температур, тем легче забрать энергию у горячего тела, пропустить её через тепловую машину и отдать холодному телу. Кроме того, чем больше разница температур, тем меньшей по размерам может быть энергетическая установка. В случае же низкой теплопроводности материалов для сбора бросового тепла в установках мегаваттного класса потребуется теплообменник размером с футбольное поле.

Я уже отмечал, что при таких температурах можно подбирать различные конструкционные материалы. Имеет смысл добиваться наиболее высокого коэффициента теплопередачи. Здесь я вижу большие перспективы в метаматериалах. Что это такое? Это покрытия, которые кардинально меняют свойства материалов в разных диапазонах электромагнитного спектра. Например, если вы живьём увидите американский бомбардировщик-невидимку B2, вы поразитесь его размерам. Однако на экране радара он виден как нечто совершенно небольшое, вроде птицы.

Природа давно использует подобные эффекты. Например, существуют красивые голубые бабочки Морфо, не имеющие на крыльях никаких красителей (см. рис. 3). У них просто такая структура крыльев. Под микроскопом видно что-то вроде многочисленных расчёсок, зубья которых образуют резонаторы для волн голубого света.


Десять лет назад мы только пробовали в лабораториях управлять структурой материалов на нано- и субмикронном уровнях. Сегодня же существуют десятки компаний, которые могут создать различные микро- и нанотекстуры, улучшающие поглощение или отражение тепла. Эти структуры можно встроить в тепловые машины, заодно применив современные подходы к разработке энергетического оборудования.

В итоге я вижу два основных направления для совершенствования. Первое – на уровне системной интеграции – как улучшить отбор тепла и его прохождение через элементы тепловой машины, используя методы, о которых я уже рассказал, плюс тепловые трубки, новые виды рабочего тела и микрогидродинамику. Второе – необходимо прицельно работать с системами преобразования энергии, чтобы последовательно улучшать характеристики малоэффективных устройств

Руководство ARPA-E считает, что наиболее успешные программы научно-технического развития в генерации должны объединять физику, инженерное искусство и материаловедение. Все три слагаемые необходимы.



© 1998 — 2018, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-33815
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 24 октября 2008 г.
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Добро пожаловать на информационно-аналитический портал "Нефть России".
 
Для того, чтобы воспользоваться услугами портала, необходимо авторизоваться или пройти несложную процедуру регистрации. Если вы забыли свой пароль - создайте новый.
 
АВТОРИЗАЦИЯ
 
Введите Ваш логин:

 
Введите Ваш пароль: