1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Вопрос состоит н тои, как лучшо преобразовать ее в злок- троэноргяю. На возможность применения осмоса для преобразова- ния нпорвь<е указали в 1974 г. Лл>вено>пиль н Певерс, предложившие несколько теоретических вариантов пре- образователей ". Практический инторос представляет во- прос о величине достилсииой мощности осмотичоских пре-' образователей. Основным эломонтом их конструкция як- >а Еесеиарлв1 О., Весе>а Л>.
Оыномс Ронлр. — 8с1енсе, 1974, ко1. 183, И 4121, р. 187 — 160. ляется полупроницаеиая' ллоибрана. От качества ео работы но лшогом зависят характеристика осиотического преобразователя, поскольку осмотический поренос вещества растворителя определяется сложныии процоссами г мембране. Обычно жолатольно получить максимальную >ропускную способность моибраны для молекул растворителя. ~о пропускная способность мембраны ограничена сопротивлением пограничных слоев, ноизбояпю образующихся при переносе ионов через ее толщу. Точный механизм процесса переноса ионов через мембрану на согодншпннй день еще но вполне ясен. Диффузионная теория переноса в лпнейном пркбли>конпк даот следующее выраженно для проницаемости пограничных слоев меибраны: П=д>о>л/оас(>+ 8>г)., где с(л и о>, — коэффициенты диффузии каждого слоя; прн нориальных условиях их ио кно принять равными 10 ' см'/с; 8, и 3е — толщина каждого из пограничных слоев; согласно литературным данным '", ранна 100 мкм.
При указанных данных для проницаоиостн пограничных слоев получаем значение 11=5 10 а см'/с, что соответствует максимальному расходу растворителя 5 лп>/с чорез 1, и' поверхности полупроницаемой мембраны. К. В. Кукуджанон и Д. В. Шувалов" задались целью получить в лабораторных условиях нозмо>кно болыпую мощность при использовании солоности раствора, близкой к средней для океана (т. е. 35 е>>ее). Мощность осиотичоской установки опредоляется уравнением Д/=ОЬР=/с (~,ЬР— (бР)'), где Ч вЂ” расход воды чороз меибрану; 74Р— разница гидростатических данлений по обе стороны мембраны.
Воличпну расхода пресной воды через полупроннцаемую иембрану можно определить но формуле е=й(-.— 'л Смз Встык А., Яка>ск В. Мембранный транспорт. М.." Мнр, 1980, с. 338. л! Вукудасакаа гг. В., шуааааа /Т. В. экспернл>ежальиая установка для преобразования еяергвв осмотяческого давления. — Н явк Тр. Всесоюа. студ.
коиф. Х к' Норолузскяе чтения., М,: ИИНИТИ, 1984, Мл 6660. где и, — осмотическое давление; Й вЂ” коэффициент про порциональности. Анализ выражения для мощности осмотической уста нонки показывает, что максимальная мощность достигается при ЬР=ее,(2. Экспериментальная установка состоит из короткого металлического цилиндра диаметром около 200 мм, к обоим торцам которого прижаты две полупроницаемые мембраны пз ацетатной целлголоэы. Сборка выполнена с помощью металлических щечек и стяжных шпилек, в щечках имеются многочисленные отверстия для пропуска воды к мембранам. В стенке цилиндра есть выпускное отверстие днаметроы 2 мм, плотно закрытое пробкой. Перед опьгтом н цилиндр заливалась иода соленостью 35 ",„, и цилиндр помещался в бак с водопроводной водой.
Под влиянием осмотического давления пресная вода из бака проникает через мембраны внутрь цилиндра и там повышается давление, н результате чего щечки цилиндра получают упругую деформацию. Через заданное время пробка вынимается и вода под давлением фонтанирует из цилиндра. По высоте фонтана и времени выдержки определяется расход, давление и вычнслялась мощность установки. Максимальное значение мощности достигало 7,4 Вт в пересчете на 1 мв площади мембраны при расходе 4,4 мл/с через 1 м' ее поверхности. Пропускная способность мембравы, полученная опытным путем, близка к максимально возможной теоретически. Следует отметить, что использованные ацетатцеллюлозпые мембраны значительно дешевле и долговечнее ионообменных. Известны и другио способы преобразования энергии градиента солености н электрическую энергию, например, диалитическая батарея Вайнштейна н Лейтца, испытывавшаяся при разности солености в 32",„".
Батареи может пропзводпть 0,338 Вт с 1 м' лары катпон- и анионобменных мембран при нагрузке 8,9 Ом. Выделяемая батареей мощность мала, мембраны дороги и недолговечны, поэтому устройства такого типа для преобразования энергии градиента солености едва лк можно считать перспективными. ' Другой физический принцип преобразования энергия градиента солености был предложен Олсоном, Уиком и Айзексом ге. Они п" е '4. ' Редложили воспользоваться разностью давлений пасы енных дои и водным раство ом щ паров, имеющейся над п ес " вор ноив- И звестно, что с увеличен р ором с высоким содержанием соли. воде давление нась аюг у чением содержания соли в м око" уменьшается. Па атом п ин ипе ыщающего пара над ее поверхностью ринципе был выполнен действующий макет установки вертелась мак от б юший и ' ки, гдо эа счет потока водянгзх паРов путем возможно ер "урбнпа.
Расчеты показали, что т; ' г якив пу . ожно получение мощности до 10 Вт с 1 м" площади теплообменника. Это — хорош я е тре ует применения концентрированного Раствора соленостью порядка 350,„. В естественных услое виях рассол по об добнои концентрации кроме залива КаРаВогаз-Гол вст е р чается в Мертвом море н во впадинах на дне 11расного мо я.
Этого мего а п о Ря. Вторая трудность использования Ре браэованкя состоит в необходимости применения вак и "уума внутри установки для обеспечения ее беспевебойной р " " работы, что усложняет работу установки в условиях открытого моря. Имеются соок общения о разработке и других установок для пиеоб аз Р р овация энергии градиента солености. Градиент солено ости весьма привлекательный источник энегпн Миэового р ого океана, отличающийся значительными остоннствамн, вами, его практическое использование связано с нахождением оптимального способа преобразования. гв Пее!яеяе!я, 5е!ге. Е!ес!г!с Роъеег !гол !е!11егевсев 1в яа!!в!!у: Тэе Р!я1!!!с, Пя!!агУ.
— яс!епя, 1976, го!. 191, 5! 4227, Р. 557 — 559, вв 07ввав М., йе!е!е О. Ь., !аваев Х. О. Ба!!в!!у Огас!!ев1 Рочеег: !7!1- !!в!ня т7арог Ргевввг !е!!1егепсев. — Яс!енсе, 1979, го!. 266, М 4417, р. 452-454. Глава 11 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИЙ ВЕТРОВЫХ ВОЛН И ЗЫБИ Н Ргге.
С Еласевфнкацкя Епб. еобов преобразования эяер. гнн ветровых волн н эыбн в электроэнергию КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕОВРАВОВАТЕЛЕИ Академик 15. В. Шулейкин в свое время отметил три основных направления, по которым шла конструкторская мысль в использовании энергии поверхностных волн. С тех пор прошло достаточно много вреыени и появились новые способы использования энергии волн.
Список авторских свидетельств и патентов на способы и устройства для преобразования энергии волн насчитывает ныне более 2000 наименований. В наши днн для преобразования энергии волн в электрическую энергию используются семь волновых эффектов: изменение уровня воды, продольные колебания жидкости, пространственная скорость жидкости, измепенпе наклона свободной поверхности, переменное изгнбание вслед за свободной поверхностью, гндродинамнческое давление, переменное гидростатическое давление 1 Значительное число устройств, действучощпх на оспове перечисленных эффектов, функционирует по полупериодноыу циклу с восстановлением исходного состояния силой тяжести. Можно добавить некоторые другие физические явления, могущие получить пли уже имеющие важное значение при непользования энергии волн.
Например, инерционные преобразователи. Сила инерции с успехом используется в гидравлических преобразователях энергии волн. Все многочисленные устройства для преобразования энергии поверхностных волн в электрическую энергию, основанные на использовании самых различных физических свойств (эффектов) поверхностных волн, можно разделить на четыре группы (рис.
1). Римской цифрой 1 обозначено прямое преобразование анергип волн в электрическую энергию. Устройство этой простейшей схемы состоит пз одного генератора электрической энергии 1. ' Снк Сихкарее В. П. Волкоэнергетические ресурсы в нх нсполь эованлэ. — В кни Методы преобразования энергии океана. Вла днэосток: ТОИ ДВИЦ АИ СССР, 1983, с. 72. Волны непосредственно отдают ему свою энергию. Если генератор будет обладать достаточно высокиы КПД, то такая схема — пдоальный случай преобразования.
Но можно лн создать подобный электрический генератор'. Принципиально — ыожпо. Например, па основе пьезоэлектрического эффекта. Как известно, он заключается в возникновении электрических зарядов при упругой деформации в определенных направлениях пьезоэлектрических веществ. Классический пример таккх веществ — кристаллы пьезокварца. Й некоторые другие вещества, общее количество их более 1200. Нри давлении на них в определенном направлении (илп растяжении) на плоскостях кристаллов выделяются электрические заряды.
Механическая работа непосредственно превращается в электрическую энергию. Казалось бы, чего лучше. Пьезоэффект гпяроко применяется прн изменении давления в двигателях внутреннего сгорания, стволах артиллерийских орудий, ггодгпнпниках вагокных осей. За более чем столетний срок со дня открытия пьезоэлектрнчества история его прныененпя но знает случаев, когда бы преобразователи на его основе оказались непригодными для измерительной техники. Применялись они с успехом п для измерения силы удара морских волн и для решения многих других задач, в том числе в акустике, инфра- и ультразвуковой технике к пр, Одс>ако энергетических установок, используюгцих пьезоэффект для выработки электрической энергии, не существует.
Одна из главных причин — ничтожно малая мощность пьезоэлектрических источников, связанная с малым значением пьеаоэлектрического модуля '. Если еще учесть очень низкую частоту колебаний поверхностных воля, на этом пути пока не приходится рассчитывать на получение практически важных результатоэ. Немного электрической энергии будет выделяться в момент удара гребней волн о пьезопреобразователь, а в остальное .время напряжения практически не будет. В случае двухзвенного способа использования энергии поверхностных волн (см. Рис, 1, П) волны первоначально отдают свою энергию тому или иному механическому приемнику-преобразователю 1. Это своего рода антенна, принимающая энергию волнового поля.
Однако его функции этим но ограничивасотся: одновременно происходит преобразование энергии волн в другой вид механической же энергии. Преобразованная механическая энергия волн пеРедается генератору электрической энергии 2. Приемник-преобразователь может иметь различную форму. Простейший случай — плита или пластина, совершающая колебания относительно горизонтальной осн. Поверхностьые волны набегают на пластину и, отдавая ей свою энергию, заставляют совершать вынужденные колебания.
Теоретические расчеты и акспериментальные исследования покааывают, что подобный приемник-преобразователь может иметь вполне удовлетворительный КПД и способен развивать достаточную мощность. С энергетической точки зрения самым важным требованием является высокий КПД первичного преобразователя. Сложнее обстоит вопрос о том, как мощность, развиваемую приемником (плитой), использовать для выработки электричества, Речь идет о превращении периодических колебаний плиты в электрическую энергию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
