Как работает вихревой теплогенератор?

В 1932 году на заседании Французской Академии Наук был сделан доклад об открытии весьма странного явления, противоречащего всем канонам академической науки. Автором доклада был Жорж Ранке (за точное имя ручаться не могу, но фамилию привожу точно). Он начинал работу с циклонами по очистке воздуха от пыли: запыленный воздух подается в цилиндрический корпус по касательной к боковой поверхности и начинает внутри крутиться, а центробежные силы отбрасывают более тяжелые частички пыли на периферию и там они попадают в специальные улавливатели. В итоге по оси из цилиндра выходит чистый воздух.

Ранке заметил, что при определенных условиях воздух в сепараторе самостоятельно разделяется на холодный по центру и горячий у боковых стенок. То есть получается разделение воздуха на холодную и горячую фракции. Иногда разница температур достигала 100 градусов. Но для такого разделения требуется совершить работу и затратить энергию. А согласно академическим представлениям такое невозможно. Вот как французские академики аргуметировали свою позицию.

Формула совершения работы выглядит как A = F L Cos α, F — сила, L — пройденное расстояние, α — угол между векторами силы и направлением движения. В сепараторе, с которым экспериментировал Ранке, центробежная сила направлена строго по радиусу, а воздушный поток движется по окружности. Угол между силой и направлением потока составляет 90 градусов, значит косинус угла равен нулю. И тогда совершаемая работа тоже должна равняться нулю. По этой причине никакого разделения воздуха на горячую и холодную фракцию быть не может.

В общем, экспериментатору не поверили и обвинили в жульничестве. Но Ранке не сдался. Он основал собственную компанию по выпуску холодильников на основе открытого им эффекта: компрессор подает воздух в центробежный сепаратор, а затем холодная фракция из сепаратора подается в камеру холодильника. Но так как Ранке был ученым, а не бизнесменом, наладить бизнес он не смог и разорился. А потом началась война. После войны немецкий физик Хильш продолжил эксперименты и даже сумел создать методику расчета таких аппаратов, но объяснить природу происходящих процессов тоже не сумел. Сегодня этот эффект называют эффектом Ранке-Хильша.

А во времена перестройки, когда открывались многочисленные кооперативы, молдавский физик Юрий Потапов догадался заменить воздух на воду и получил несколько иной результат: нагрев у стенок сохранялся, зато охлаждение по центру исчезало. И что самое интригующее, иногда количество выделяющегося тепла превышало затраты энергии насосом на прокачку воды по контуру.

С целью проведения независимой экспертизы Потапов передал первые три образца в одну из российских космических организаций. В состав экспертной комиссии входил ныне покойный академик Акимов, известный в научных кругах как сторонник концепции торсионных полей. И много позже в интервью Акимов поведал следующую историю.

Будто первая проверенная установка показала эффективность 108%, вторая — 320%, третья — 420%. Хотя никто не мог объяснить такой разбежки показаний (даже сам Потапов не мог), все испытания свидетельствовали о явном превышении выдаваемой тепловой энергии над затраченной электрической. Поэтому было принято решение об организации серийного выпуска таких аппаратов. Производство наладили в Кишиневе на военном заводе, а после развала Союза и повальной приватизации завод переоформили в частную компанию. Но когда пошли серийные образцы, эффективность многих из них оказалась всего 85%. Иными словами, при переходе к серийному изготовлению была упущена какая-то очень важная особенность, которая обеспечивала столь волшебный результат превышения выходной тепловой энергии над затраченной электрической. И потому многие, купившие вихревые теплогенераторы (так стали называть новые изделия), сочли себя обманутыми: рассчитывали на бесплатное дополнительное тепло, а получили дополнительные расходы. И сегодня в Интернете можно встретить прямо противоположные мнения об этих аппаратах — от восторженных до ругательских.

Сегодня установки потаповской фирмы «ЮСМАР» выпускаются в нескольких модификациях от 5 до 65 кВт и стоимостью от 1700 до 3000 долларов. Производство налажено в Кишиневе, Киеве и Москве, за год выпускается до 1000 таких агрегатов. Эффективность установок согласно официальным заявлениям составляет около 200%, то есть при потреблении электроэнергии из розетки для питания насоса в количестве, скажем, 10кВт, нагрев воды составляет 20 кВт. В настоящее время фирма «ЮСМАР» строит опытную электростанцию мощностью 1 МВт в Южной Корее и разворачивает сбыт своих аппаратов в Германии..

На сегодняшний день наибольшим признанием в кругу энергетиков пользуются три гипотезы: 1) кавитационный механизм нагрева (на Западе чаще используют термин «сонолюминесценция»), 2) непонятный пока процесс сепарации тепла — самопроизвольное отделение быстрых молекул от медленных, 3) обычный тепловой насос — тепло перекачивается из окружающей среды. Разберем последовательно все три концепции.

Кавитация. Согласно этой гипотезе, под действием растягивающих центробежных сил в жидкости образуются пузырьки пара, а когда они затем схлопываются, развиваются настолько громадные локальные всплески давления и температуры, что начинается холодный ядерный синтез. Если это действительно так, тогда никакой нагрев не будет наблюдаться в средах, где отсутствуют молекулы водорода. Например, в газах. Или сплавах на основе галлия, эвтектиках натрий+калий, ртути и других жидких металлах. А в установках Ранке и Хильша, работающих на воздухе, нагрев газа возле стенок все же фиксировался. Использовать же разные гипотезы для объяснения нагрева в жидкостях и газах мне кажется не логичным. Ибо механизм нагрева не может знать, что именно мы запускаем в камеру. И потому для любой среды — жидкостной или газообразной — должен работать один и тот же механизм нагрева. Наконец, можно проверить данную гипотезу на жидком металле: если нагрев имеется, идея кавитации неверна.

Сепарация тепла. Эту гипотезу предложил еще сам Ж.Ранке для объяснения работы своей вихревой трубы. Но опять же, если гипотеза тепловой сепарации верна, тогда охлаждение по центру камеры должно иметь место и для жидкостей. А его нет.

Тепловой насос. Необходимость потребления электроэнергии от внешнего источника создает видимость того, что вихревые теплогенераторы являются разновидностью теплового насоса. В реальности это не так. Для успешной работы теплового насоса необходимо наличие двух сред с разной температурой. Насос только перекачивает тепло из холодной зоны в теплую, выполняя при этом некоторую работу. Хорошие насосы перекачивают в 2.5-3 раза больше тепла, чем тратят энергии на свою работу. В этом отношении они даже выгоднее вихревых теплогенераторов, у которых выделяемое тепло превышает затраченную работу всего в 2 раза (а у многих последователей Потапова параметры изделий даже до единицы не дотягивают). Но достоинство вихревых теплогенераторов состоит в отсутствии необходимости иметь две среды с разной температурой. Наконец, такая гипотеза элементарно опровергается практикой наблюдений: в помещении, где стоит и работает вихревой теплогенератор, температура воздуха повышается, а согласно гипотезе теплового насоса она должна падать.

Мое объяснение состоит в том, что тепловыделение на стенках идет из-за самого обычного трения. Центробежная сила прижимает воду к стенкам и за счет трения выделяется тепло. Откуда оно появляется? Из физвакуума. Ведь центробежная сила порождается физвакуумом. А тот факт, что в газах наблюдается еще охлаждение по центру, объясняется адиабатическим охлаждением: в центре камеры царит разрежение из-за этих же самых центробежных сил и попадающий сюда воздух быстро расширяется и охлаждается.

Можно предложить несколько способов увеличения производительности вихревых теплогенераторов. Некоторые из них уже опробованы на практике и показали свою эффективность.

1. Пульсирующий подвод жидкости. Вихревой теплогенератор выдает так много тепла в сравнении с затратами электроэнергии на привод насоса по той причине, что в камере генератора на движение жидкости накладываются сразу две неравномерности: во-первых, жидкость движется по кругу и вектор скорости постоянно меняет свое положение в пространстве, во-вторых, скорость жидкости резко падает из-за увеличения проходного сечения потока жидкости. Обе неравномерности являются пространственными. К ним можно добавить неравномерность временную, для чего необходимо подавать жидкость в камеру отдельными импульсами. Когда скорость жидкости в импульсе возрастает от нуля до максимума и затем снова падает до нуля, тогда трение движения сменяется трением покоя, которое примерно в два раза выше (трение покоя — это такая сила, которая препятствует телу сдвинуться с места; трение движения — это сила, которая стремится остановить движущееся тело).

Следовательно, при пульсирующем подводе жидкости следует ожидать увеличения выработки тепла в 1.5-2 раза по сравнению с равномерным движением. И тогда суммарное количество выделяемого тепла может в 3-4 раза превышать энергозатраты электроэнергии от внешнего источника. В этом случае вихревой теплогенератор опередит тепловой насос. Такой способ улучшения эффективности происходит из-за перехода от чисто вращательной к вращательно-вибрационной деформации вакуума, а вибрации могут оказаться самым эффективным способом высвобождения энергии из физвакуума.

2. Шероховатость внутренней поверхности камеры. Чем более шероховатой будет поверхность внутренней поверхности камеры, тем больше окажется коэффициент трения при прочих неизменных параметрах и тем больше тепла выделится на стенке. В идеале поверхность должна напоминать рашпиль. Строго говоря, увеличение шероховатости ведет не к увеличению суммарного количества высвобождаемой энергии, а в интенсификации тепловыделения, то есть к увеличению выделения тепла на единицу площади. Получить все 100% тепла можно только на бесконечно длиной трубе. В реальных трубах мы получаем намного меньше. Если получаем, допустим, 10% от идеала, то увеличение шероховатости может поднять эту цифру до 20%.

Если настоящая точка зрения о роли шероховатости соответствует реальности, тогда становится понятной загадка низкой эффективности серийных аппаратов в рассказе Акимова. Когда изготавливаются первые опытные образцы и финансирование осуществляется весьма скудно, приходится использовать листы металла старые, изношенные и как следствие весьма шероховатые. Фактически приходится использовать брак. А когда переходят к серийному изготовлению, тогда используют листы новенькие, чистые и гладкие без всяких следов шероховатости. Но именно шероховатость обеспечивала успех. Скорее всего, Потапов все же эмпирическим путем выяснил причину неэффективности серийных изделий и исправил ситуацию. А многие его последователи, не желающие тратить деньги на проведение опытно-конструкторских работ и потому не подозревающие о роли шероховатости, продолжают использовать гладкие листы и тем самым гонят брак.

3. Добавка инертного газа. Как утверждает вице-президент и секретарь Немецкой Ассоциации Космической Энергии Вольфрам Бахман, добавка небольшого количества инертного газа в воду позволяет в 20-30 раз поднять производительность установки. Скорее всего, журналисты что-то напутали, когда брали у него интервью, и реальные цифры будут на порядок меньше. Но увеличение эффективности даже в 2-3 раза — это все равно очень неплохо. Возможно, данный эффект действует по причине возникновения новых поверхностей раздела фаз. Нечто подобное наблюдается в гидродинамике: гидросопротивление пароводяной смеси в несколько десятков раз превышает гидросопротивление чистой воды при одинаковом массовом расходе. Когда используется чистая вода без примесей газа или пара, основное трение создается на стенках трубы, а внутреннее трение между отдельными слоями жидкости намного меньше. При наличии газовой или паровой фазы образуются новые поверхности раздела уже внутри основного потока жидкости, что ведет к увеличению суммарных затрат энергии на преодоление дополнительного трения на этих поверхностях. А нам и нужно максимально увеличить трение для лучшей производительности аппаратов.

Если я прав с такой трактовкой данного предложения, тогда одинаковый результат будет наблюдаться для любых газов: гидродинамика не очень чувствительна к виду используемого газа. И потому можно будет вместо инертного газа использовать воздух. Он предпочтительнее по причине своей дешевизны, но нежелателен из-за возможности развития коррозии.

4. Уменьшение диаметра камеры. Из практики уже известно, что увеличение диаметра камеры ухудшает эффективность работы генератора. Но причина ухудшения производителям пока не ясна. С точки зрения настоящей концепции о выбросе энергии из физического вакуума все прекрасно объясняется. Центробежная сила, прижимающая в теплогенераторе жидкость к стенке и тем самым обеспечивающая трение и нагрев, рассчитывается по формуле F = mv²/R, где v — скорость, с которой жидкость входит в камеру, R — радиус камеры. Скорость жидкости на входе в камеру определяется производительностью насоса и проходным сечением подводящего патрубка, а от размеров самой камеры она не зависит. Поэтому можно считать ее постоянной. В этом случае уменьшение радиуса будет сопровождаться увеличением силы, прижимающей жидкость к стенке. А чем она больше, тем больше трение и быстрее тормозится жидкость. Иными словами, возрастает неравномерность движения и обусловленный этой неравномерностью выброс энергии из вакуума. К сожалению, уменьшение диаметра ведет к падению общей теплопроизводительности. С целью компенсации данного недостатка можно рекомендовать использовать в установке несколько малых камер вместо одной большой.

Несколько лет назад на моего Интернет-знакомого, владеющего сайтом, где я публиковал свои статьи на тему физвакуума и вакуумной энергии, вышли производители вихревых теплогенераторов из Ижевска с просьбой объяснить им механику протекающих процессов и дать рекомендации по улучшению их производительности. Запрос передали мне. Я расписал им все по полочкам и дал те четыре рекомендации, которые приведены выше: пульсирующий подвод жидкости, увеличение шероховатости, добавка инертного газа, уменьшение диаметра камеры. А когда мы через полгода поинтересовались результатами, нам отказались что-то сообщать. Отсюда мы сделали вывод, что какой-то успех явно есть. Потому что в противном случае нам так и ответили бы, что все наши рекомендации — сплошное фуфло и ничего не работает. А еще через полгода я случайно наткнулся на рекламу от ижевчан, в которой они заявляли, что смогли поднять эффективность своих генераторов с уровня 114-115% до уровня 180-190%. Случилось это как раз через год после моих рекомендаций. И скорее всего, по причине моих рекомендаций. Но какая именно рекомендация сыграла основную роль в улучшении эффективности (или все вместе) — этого я до сих пор не знаю.

5. Заполнение центральной части камеры металлом. Тепловыделение в генераторе происходит на стенках, а по центру оно отсутствует. Но чтобы подать воду в центральную часть, насос должен потратить энергию. Если мы заполняем всю центральную часть металлом, проходное сечение, расход и энергозатраты насоса снижаются в несколько раз. А тепловыделение увеличивается почти вдвое, так как возникает дополнительная внутренняя поверхность, на которой вода тоже трется и греется. Эту рекомендацию я ижевчанам не сообщал.

Помните мою предыдущую статью о вращательном движении? В ней я обосновывал идею формирования дополнительного гидравлического напора а спирально-закрученном потоке воды. Этот механизм работает и в вихревых теплогенераторах. Если внутренняя поверхность трубы гладкая, тогда физвакуум отдает свою энергию в форме гидронапора. А если шероховатая, гидронапор быстро преобразуется в тепло. Так происходит во всех энергетических аппаратах: чем больше трение, тем больше тепловыделение.