Otázka:
Je možné postavit vzduchový kompresor bez pohyblivých částí?
user3368561
2015-05-14 21:46:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je fyzicky možné postavit vzduchový kompresor bez pohyblivých částí? Představuji si termodynamický cyklus schopný stlačit vzduch bez pohyblivých částí a pracovat stacionárně. Neexistuje žádné omezení faktoru komprese za předpokladu, že je výrazně větší než jeden (1,1, 2, 100 ...), ale návrh musí být realizovatelný.

Nulové pohyblivé části jsou velkým omezením. Můžete to interpretovat jako nepřítomnost pístů, klikových hřídelí a dalších složitých mechanismů, které se časem opotřebují. Pokud jsou potřeba některé pohyblivé součásti, jaké jsou minimální požadované pohyblivé části s nejnižšími požadavky na údržbu?

Jaký tlak očekáváte, že bude vyvinut? Existují nějaká omezení zdroje energie?
Tento kompresor je tedy součástí termodynamického cyklu, kde by normálně došlo k izentropické / adiabatické / izotermické kompresi?
To by bylo možné dosáhnout bezventilovým pulzním proudovým motorem, ačkoli by ve skutečnosti nestlačoval vzduch natolik, jako by stlačoval spaliny.
Zachycený vzduch v chladiči
Devět odpovědi:
Netduke
2015-05-15 02:43:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je možné vyrobit vzduchové čerpadlo / kompresor bez absolutně žádných pohyblivých částí.

Vytvořte malou elektricky nevodivou komoru a zastrčte do ní 2 elektrody. Protáhněte oblouk elektrodami tak, aby tlak v komoře rychle stoupal a klesal. Pro nasávání a výfuk používejte zpětné ventily průtoku vzduchu tesla (protože mají nulové pohyblivé části).

Když se oblouk vytvoří napříč komorou, uzavřený vzduch se přehřeje a expanduje většinou ven z výfukového otvoru v důsledku ventilů tesla, poté se komora ochladí a nasaje čerstvý vzduch přes další ventil tesla.

To lze provést také s jakýmkoli pulzním zdrojem tepla.

Pokud se k výměně ventilu Tesla používá nějaký typ těsnicího zpětného ventilu, můžete také udržovat vysokou úroveň komprese .

SF.
2015-05-17 01:06:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nebudete dosahovat příliš vysokého průtoku ani příliš vysokého tlaku (navíc musíte regulovat odtok plynu) a je to trochu podvádění u „bez pohyblivých částí“, ale můžete si vyrobit kompresor bez pohybu pevné díly. Navíc je to velmi plýtvání energií - bylo by mnohem lepší přeměnit energii na elektřinu a použít klasický kompresor, ale pokud z nějakého důvodu chcete získat stlačený vzduch bez mechanických částí, bylo by to.

Water flow based air pump

Potřebujete silný proud vody a velký výškový rozdíl. Vezměte rychlý a silný proud vody. Pomocí Venturiho efektu nebo jiným způsobem provzdušňujte vodu - smíchejte ji s bublinami vzduchu / plynu. Jak voda rychle proudí dolů potrubím, bubliny cestují nahoru pomaleji než průtok vody - jsou odváděny dolů. Navzdory rychlému průtoku je výstup z potrubí poněkud zúžený a v důsledku toho tlak vody roste s výškou vodního sloupce a se stlačováním vodního sloupce také roste tlak v bublinách.

Potom se trubka otočí do strany. Bubliny již nejsou taženy směrem dolů, a tak se pohybují směrem k horní straně potrubí, případně unikají z proudu vody a shromažďují se v zásobníku nad horním okrajem potrubí; jsou pod stejným tlakem jako voda - která musí ještě projít zúžením, takže její tlak je poměrně vysoký.

Samozřejmě to nebude fungovat s úzkými trubkami a nízkým průtokem, protože viskozita vody by snížila rychlost dolů a rozložení tlaku. A množství odváděného vzduchu musí být kontrolováno, protože - na rozdíl od běžných kompresorů - je tlak neustále udržován, ale objem plynu klesá, a pokud ho vyčerpáte, začnete odtahovat vodu. Je zřejmé, že pro velkoobjemový a vysokotlaký proud vody existuje lepší využití než stlačování vzduchu. Je to plýtvání, protože se ztrácí většina energie vody. Přesto - koncept je zdravý; při změně výšky potrubí směrem dolů můžete dosáhnout docela rozumných tlaků, přibližně 1 bar na 10 m. A jedinou fyzickou pohyblivou součástí je výstupní ventil, který se během provozu nemusí hýbat.

Trompy jsou velmi podobné a kdysi se používaly k dodávce stlačeného vzduchu do pecí.

jpa
2015-05-22 10:22:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Konstrukce vysokého napětí v ionocraftu zajišťuje proudění vzduchu bez pohyblivých částí. Rozdíl tlaku je velmi malý, ale kombinace více stupňů ho zvýší.

Video z prvního letu iontové jednotky v roce 2018. https://youtu.be/boB6qu5dcCw
norlesh
2016-01-14 09:58:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Čerpadlo Knudsen má nulové pohyblivé části a je založeno na tepelné difúzi (plyn proudí z konce trubice o nízké až vysoké teplotě). Zpětný tlak, kterému může průtok odolat, se nazývá rozdíl termomolekulárního tlaku a je funkcí poměru mezi volnou cestou střední střední hodnoty plynu a rozměry stěn trubek - moderní pokrok v koncepci používá různé materiály jako jsou zeolity sestávající z pórů v nanoměřítku, aby se tento poměr zlepšil.

Air
2015-05-15 03:08:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Interpretace „pohyblivých částí“ v tom smyslu, že každá pevná část zařízení musí být tuhá, a požadavek, jako je schopnost dodávat konstantní proud vzduchu při netriviálně vyšším než okolním konstantním tlaku, mám podezření odpovědí je kvalifikované číslo.

Také předpokládám, že paliva a pracovní kapaliny se nepočítají jako „součásti“.

Je rozumné předpokládat, že jakýkoli vzdáleně praktický vzduch kompresor bude pracovat za podmínek, kde platí zákon o ideálním plynu, takže $ p \ propto \ frac {NT} {V} $.

Jedním z přístupů by bylo napodobit typický vzduchový kompresor a pokusit se eliminovat tolik pohybujících se části, jak je to možné. Například něco jako hydraulický píst by mohl eliminovat písty, oběžná kola, šrouby atd. A umožnit nám získávat energii z pohybujícího se tělesa vody a stlačovat vzduch, ale stále to vyžaduje ventily. Čerpadlo bez ventilu, jak je vidět v tomto videu, vyžaduje speciální rotující píst. Základní sifon nemá vůbec žádné pohyblivé části a může vytvářet tlak, pokud uzavřete spodní nádrž, ale je naprosto nepraktický jako součást vzduchového kompresoru - a i kdyby tomu tak nebylo, měli byste stále potřebujete nějaký druh ventilu pro dodávání stlačeného vzduchu.

Dalším přístupem je manipulace s teplotou, což zní jako to, co máte na mysli. Je snadné generovat teplo bez pohyblivých částí; hořák nebo elektrická cívka to udělají. Jak se ale dostat k problému s ventily? Aby se tlak zvýšil, potřebujete uzavřený prostor a jakmile budete mít tlak, musí vzduch tento uzavřený prostor opustit. Pokud jste chtěli být kreativní, můžete zkusit něco jako clonu s otvorem, který se otevře, až když se membrána roztáhne; tlak pak sám odejde. Ale rozšiřující se a stahující se pevná membrána nebo močový měchýř se mi také jeví jako pohyblivá část. Může to být odolnější než jiné typy pohyblivých částí, předpokládám, ale pak to nemusí být.

Abyste vytvořili konstantní proud tlaku, potřebujete zadržovací nádrž a velikost dodávaného tlaku se výrazně sníží na základě horní hranice tlaku, kterou můžete v zadržovací nádrži vyvinout, a podle toho, jak rychle jej můžete vyvinout. Ventily Tesla navržené v odpovědi Netduke jsou velmi chytré, ale jsou to skutečně diferenciální zařízení omezující průtok; Nevidím, jak jsou schopni vyvíjet a udržovat tlak v nádrži, kterou byste mohli uvolnit na vyžádání pro pneumatickou energii.

Takže důvod, proč je to „kvalifikované“, je toto. Teoreticky, pokud připustíte, že váš vzduchový kompresor může být pro většinu účelů naprosto nepraktický, nepočítáte elastickou deformaci jako pohyb a několikrát „podvádíte“ ventily a regulátory, pak ano. Můžete vytvořit zařízení, které stlačuje vzduch v nádrži, a poté s ním dělat, co chcete. V praxi to zní jako špatná myšlenka, která se nelíbí dobře, ale je to zajímavé cvičení, se kterým si můžete zahrát.

Další kvalifikace je, že v mikrofluidickém kontextu můžete získat úplně jinou odpověď.

Žádné omezení pohyblivých částí není problém. Minimální počet pohyblivých dílů s upřednostňováním těch s nízkou údržbou.
Minimální pohyblivé části nejsou nijak velkým omezením. Co znamená „minimální“? Jak je jedna pohyblivá část posuzována proti druhé? Omezení je podle mého názoru jedinou věcí, která činí tuto otázku zajímavou.
Údržba, životnost, vyrobitelnost atd. Odpovídající ventil pro jednu konkrétní aplikaci najdete prakticky kdekoli. Naproti tomu musí být píst a klika vyrobeny na zakázku. Příklad ze skutečného světa: ventilový pulsejet vs. plynová turbína.
James
2016-02-12 22:19:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ano. Úžasné zařízení zvané tromp nebo trompe. Proud vody přes a dolů nálevkou se slámou nebo trubkou vyvýšenou nad hladinu vody. Proudící voda s sebou táhne okolní vzduch, tahá vzduch slámou a okysličuje vodu malými vzduchovými bublinami. Voda prochází trubicí pod řekou nebo proudem, do kterého je umístěna, a jak se horizontálně pohybuje trubicí, vzduchové bubliny unikají do jedné nebo dvou vzduchových nádrží připojených k potrubí ... to stlačuje vzduch. Dokud voda protéká, i když poměrně pomalu, bude vzduch stlačován v nádržích.

Asi před 100 lety rozsáhlá těžařská operace v Kanadě používala tromp k napájení všech pneumatických vrtaček atd. Proč je to nepoužívat dnes je záhadné?

DLS3141
2015-09-22 17:56:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je to naprosto možné a již nějakou dobu se to děje v termoakustických kompresorech. Původně byly vyvinuty pro kryochladiče ke kondenzaci plynů na kapaliny a zůstává jejich principiální aplikací, ačkoli existují společnosti, které se snaží tuto technologii přenést na spotřebitelskou úroveň. Tyto kompresory nemají žádné nebo maximálně jednu pohyblivou část (zdroj zvuku). Mají také tu výhodu, že nepoužívají žádné skleníkové plyny.

Nemůžete tvrdit, že „nepoužívá žádné skleníkové plyny“ na nic, co k provozu vyžaduje energii.
@whatsisname Abychom uspokojili vaši pedantnost, myslel jsem tím, že v těchto kompresorech nejsou používána žádná chladiva obsahující skleníkové plyny.
Gürkan Çetin
2015-05-16 20:18:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Za předpokladu, že jde o teoretickou otázku, může být odpovědí ohřev vzduchu. Je to podobné jako přídavné spalování ve vojenských tryskách. Viz: Wikipedia \ přídavné spalování Nemusíte přidávat spalující kapalinu do svého toku, pokud používáte kanály, jako v domácím ohřívači vody.

Princip přídavného spalování, v souvislosti se zvyšováním tlaku proudu vzduchu je citován tímto: "Přídavné spalování poté vstřikuje palivo za turbínu a znovu ohřívá plyn. Ve spojení s přidaným teplem stoupá tlak ve výfukové trubce a plyn je vypouštěn skrz tryska při vyšší rychlosti. Hmotnostní tok se také mírně zvýší přidáním paliva. “

Jsem si vědom zásad, které stojí za přídavným spalováním, myslím tím, jak můžete využít tohoto zvýšení tlaku bez pohyblivých částí? Nemluvě o tom, že dosažení rychlosti proudění v přídavném spalování vyžaduje hodně pohyblivých částí.
oh, vidím teď ... moje vysvětlení naznačuje ohřívání vzduchu, když se pohybuje uvnitř kanálu, jako v 1D proudu, a nemusí zahrnovat turbomechanickou část motoru .. objasní.
Nic
2015-05-19 06:59:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To lze snadno provést pomocí nadzvukového toku. Buď přidání tepla, nebo rázové vlny.

Můžete přidat nějaké další podrobnosti?
Pokud máte dostatečnou rychlost, můžete ke stlačování vzduchu použít geometrii, ale bude to fungovat, pouze pokud máte stagnační tlak větší než požadovaný statický tlak. Moje otázka hovoří o případu, kdy napájecí tok má nižší stagnační tlak než požadovaný statický tlak, takže jej musíte vhodnou metodou zvýšit.
I když je pravda, že to funguje (viz ramjets), hlasuji proti, protože otázka konkrétně uvádí, že by to mělo být stacionární.


Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 3.0, pod kterou je distribuován.
Loading...