Энергетика и промышленность России - избранные материалы.
ВЫПУСК 87.

Энергия вихря и энергия вакуума - от теории к практике

Человечество снова стоит на пороге величайших открытий. Не секрет, что природа очень и очень многих явлений остается для нас загадкой. Революционная теория относительности лишь приподняла завесу неизведанного, суть же большого количества вопросов, испокон веков волновавших людей, так и остается тайной. Попробуем хотя бы чуть-чуть приподнять ее.

В настоящее время практически доказанным является тот факт, что в вихрях как искусственного происхождения (различных устройствах вихревой энергетики), так и естественного (смерчах, шаровых молниях, океанских круговоротах) часто происходят физические процессы, энергия которых превышает затраты энергии на их образование.

Принцип использования энергии закрученных в вихрь жидкости или газа реализуется в различных устройствах вихревой энергетики (вихревые холодильники, вихревые вакуум-насосы, вихревые пневмотурбины, вихревые гидравлические теплогенераторы и т.п.). В России в настоящее время сложилась целая индустрия по производству и эксплуатации вихревых гидравлических теплогенерирующих устройств (ВГТГ).

Что такое ВГТГ?

Принцип работы ВГТГ следующий. Теплогенератор преобразует энергию движущейся в нем жидкости в тепловую энергию. Теплоносителем является вода, антифриз. Нагрев воды осуществляется за счет циркуляции её в замкнутом контуре теплогенератора с помощью гидронасоса и вихревой системы закрутки потока жидкости. Предназначены ВГТГ для отопления и горячего водоснабжения объектов промышленного и сельскохозяйственного производства, бытовых объектов.

Преимущества ВГТГ относительно известных генераторов тепла:

- коэффициент преобразования - около 98 %;

- устройство экологически чистое, экономичное, надежное, достаточно простое конструктивно и с минимальными трудозатратами в эксплуатации;

- не использует топлива (газ, уголь, нефть) - только электроэнергию для питания привода гидронасоса,

- просты в обслуживании и легко подключаются.

Наиболее эффективно применение ВГТГ в местах, где отсутствует централизованная система теплоснабжения. Сейчас они экономичней котельных и ТЭНов. По себестоимости электроэнергии лучшие модификации ВГТГ приближаются к газовым котельным, которые сейчас являются самыми дешевыми производителями горячей воды. Отличие в том, что газовые котельные требуют наличия коммуникаций и обслуживающего персонала.

На первый взгляд принцип действия всех установок ВГТГ одинаков. Тепловая энергия извлекается из завихренного потока движущейся жидкости (воды). При торможении завихренного потока воды механическая энергия этого потока с КПД ~ 100 % преобразуется в тепловую энергию. Типичная температура теплоносителя 500 °С - 800 °С, но в некоторых установках возможен нагрев теплоносителя до 1000 °С и более.

Сюрпризы от ВГТГ

Техника преподнесла разработчикам ВГТГ большой сюрприз: в некоторых случаях в замкнутых водяных контурах установок было обнаружено аномальное тепловыделение. Аномальное в том простом смысле, что в теплообменнике здесь удалось получить тепла (энергии) больше, чем затрачивалось на поддержание циркуляции и завихрения воды в контуре установки. Казалось бы, можно говорить о том, что в вихревых теплогенераторах реализуется КПД более 100 %. Следует, однако, подчеркнуть, что это происходит не во всех типах теплогенераторов, не при всех режимах работы и не всегда. А так как проблемой ВГТГ занимаются только инженеры и производители этих установок, то этот эффект до сих пор не изучен и не версифицирован.

В случае с ВГТГ следует различать понятие КПД и эффективности преобразования энергии, которое заключается в том, что при величинах свыше 100% не нарушается закон сохранения энергии, просто дополнительный вклад вносит неизвестный до настоящего времени науке источник энергии.

Первый и второй законы термодинамики говорят: в закрытой системе вечных двигателей нет и не может быть: закон сохранения энергии выполняется всегда. Однако полностью закрытые системы существуют лишь теоретически. Мы не знаем точного строения окружающего нас пространства. Мы можем математически описывать гравитационные и электромагнитные взаимодействия, но не знаем их природы и физической сути. В конце концов, мы практически ничего не знаем о нейтрино, плотность энергии которых огромна и которые, несомненно, играют главную роль во взаимодействиях и обмене энергии во Вселенной.

Вакуум-эфир и вихревое движение

Вихревое движение является преобладающим как в макромире, так и в микромире, однако теория его еще до конца не разработана. Если прямолинейное движение является относительным и достаточно полно описывается теорией относительности Эйнштейна, то круговое движение является по своей сути абсолютным из-за наличия сил инерции. Поэтому к круговому движению неприменимы многие положения теории относительности. В частности, скорость движения света по направлению и против направления движения вращающегося диска не совпадает.

Многие непонятные эффекты и явления, возникающие в вихревых образованиях, могли бы быть объяснены, если признать, что окружающее нас пространство, или вакуум-эфир, как оно часто называется в научной литературе, не является пустым. То, что окружающее пространство не является пустым, признавал и Альберт Эйнштейн. Если в разработанной им специальной теории относительности наличие эфира не является обязательным, то для общей теории относительности он необходим как среда распространения электромагнитных и гравитационных взаимодействий. Поэтому признание наличия эфира-вакуума автоматически переводит любую систему из закрытой в открытую. При этом не нарушаются законы физики и термодинамики, и остается поле для открытия новых видов энергий и взаимодействий, кроме известных науке основных четырех (гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное).

В ВГТГ рабочей средой чаще всего является вода, которая испытывает сильное энергетическое воздействие, меняются физико-химические свойства воды и происходят непрерывные кавитационые процессы.

Секреты кавитации

Кавитация - это нарушение сплошности внутри жидкости, то есть образование в ней полостей, заполненных паром, газом или их смесью. Она возникает в результате местного понижения давления в жидкости ниже критического значения, которое приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Понижение давления может происходить вследствие местного повышения скорости в потоке жидкости (гидродинамическая кавитация) или вследствие прохождения в жидкости акустических волн (акустическая кавитация). Большинство кавитационных пузырьков почти сразу после их возникновения стремительно схлопываются под воздействием давления окружающей среды. При этом в них в конце схлопывания на короткое время развиваются очень высокие давления парогазовой смеси, заполняющей пузырек. Когда пузырек образуется в ультразвуковом поле при акустической кавитации, то он может существовать довольно долго, периодически то сжимаясь, то расширяясь, чаще всего с частотой этих ультразвуковых колебаний. В 30-е годы при исследованиях акустической кавитации открыли сонолюминесценцию (звукосвечение). Природа этого свечения до сих пор остается загадкой. Исследователи только в 1959 году выяснили, что каждая вспышка сонолюминесценции представляет собой серию импульсов излучения, длительность каждого из которых не превышает ~ 10-9 сек. При этом импульсы повторяются с частотой не менее чем 50x10–12 сек. Исследования

Ф. Гайтана и Л. Крума в университете штата Миссисипи, проведенные в 80-е годы, показали, что одиночный кавитационный пузырек, удерживаемый в сконструированной ими ультразвуковой установке, раздувается до 50 мкм, затем стремительно сжимается в миллионы раз и излучает световую вспышку длительностью ~ 50x10-12 сек. При этом вспышки из одного и того же пузырька повторяются с потрясающе чёткой периодичностью, стабильность которой можно сравнить разве что со стабильностью работы кварцевого генератора хронографа.

Основатель электрической теории сонолюминесценции Я. И. Френкель еще в 1940 г. предположил, что кавитационные полости в воде возникают точно так же, как трещина в твёрдом теле. Оно и понятно - ведь вода имеет квазикристаллическую структуру. А поскольку молекулы воды сильно полярны, то на противоположных сторонах таких трещин в жидкой воде, по мнению Френкеля, появляются значительные заряды противоположных знаков, как при растрескивании ионных кристаллов. Затем между стенками полости начинают происходить электрические разряды в парогазовой среде, ведущие к возбуждению молекул и атомов газа с последующим высвечиванием ими фотонов. Но опыты Гайтана и Крума продемонстрировали, что одиночный кавитационный пузырёк, не делясь, продолжает исправно излучать всё новые и новые импульсы св-+ета в течение многих циклов его расширения и сжатия в ультразвуковом поле. Как в нём за столь малое время между импульсами излучения восстанавливается электрический заряд, необходимый для следующего разряда? Восстанавливается без нарушения целостности поверхности пузырька! Отсутствие ответа на этот вопрос пошатнуло позиции электрической теории сонолюминесценции и заставило многих вернуться к термической теории. По оценкам этих специалистов, исходивших из измеренной яркости свечения, температура газа в пузырьке при его схлопывании достигает тысяч и даже миллионов градусов, то есть термоядерных температур. Но, увы, никому не удавалось зарегистрировать в воде, в которой наблюдалась ультразвуковая сонолюминесценция, следов продуктов реакций ядерного синтеза, превышающих уровень естественного фона. Тогда появились гипотезы о том, что в кавитационных пузырьках высвобождается энергия физического вакуума.

Тороиды и вихревая энергия

Оптимальная структура вихря, которая, судя по всему, и формируется в вихревых теплогенераторах, устроенных в виде «трубы Ранка», должна быть в виде закрученной тонкой спирали (тороида) по периферии трубы и разрежением по центру трубы. Сама спираль должна иметь форму тороида. Тогда вихрь в форме спирали будет удерживаться разрежением внутри трубы, а максимальное растяжение и разрежение эфира достигаются внутри тонкой нити тороида у периферийной стенки. Так как радиус тороида очень мал, то скорости движения воды, которые обратно пропорциональны радиусу (удалению от центра), очень велики и возникающее в нити тороида разрежение эфира максимально. Поэтому в этой части вихря происходят процессы выделения антинейтрино электронами и, следовательно, максимальный нагрев воды. При утолщении нити тороида в конце трубы за счет трения о стенки и снижения окружной скорости воды в тороиде разрежение эфира и тепловой эффект уменьшаются. В зависимости от направления движения вихря в тороиде (закрутки вихря) может возникать или обратный противоток, как в трубе Ранка, или прямой.

Эффективность вихрей и, прежде всего, вихревых теплогенераторов зависит от того, какая доля энергии передается воде в виде кинетической энергии электрона, а какая уносится безвозвратно с антинейтрино. Можно предположить, что соотношение в пользу кинетической энергии увеличивается:

- с увеличением разности плотностей эфира (степенью разрежения эфира);

- с увеличением скорости перехода из эфира нормальной плотности в эфир с меньшей плотностью и обратно, т. е. от мощности и интенсивности этого процесса.

Вследствие этого наибольший вклад дополнительной энергии будет в начале трубы в 1-2-м кольце тороида вихревой «трубы Ранка» при переходе в эфир меньшей плотности.

Возвращение в эфир с нормальной плотностью при выходе из «трубы Ранка» идет с меньшей скоростью, поэтому вклад дополнительной энергии в нагрев воды немного меньше. По расчетам он должен реализовываться в виде эффекта последействия, т. е. выделения тепла в самих трубопроводах и радиаторах ВГТГ. Причем из-за небольшой скорости этот процесс идет медленно и растянут по времени. Если количество воды в замкнутой системе небольшое и она часто проходит через вихревой генератор, то вода не успевает полностью вернуться в эфир нормальной плотности за один цикл. Тогда в вихре возрастает дополнительная разница плотностей эфира и эффективность вихревого генератора (выделение дополнительного тепла) может увеличиться.

Предложенные гипотезы, объясняющие дополнительный вклад энергии за счет выделения и поглощения электронных антинейтрино при изменении плотности эфира в вихрях и вихревых образованиях, опираются на известные физические законы и экспериментальные факты и не противоречат основным положениям традиционной классической физики.

Испытательный стенд для изучения секретов вихря

Для научного подтверждения возникновения дополнительного, неизвестного науке, вида энергии в вихревых образованиях и проверки различных гипотез во ВНИИНМе была разработана конструкция испытательного стенда на базе двух вихревых генераторов НТК-3 фирмы НОТЕКА общей электрической мощностью 37 кВт.

Стенд состоит из трех контуров. Первый контур основной, второй и третий служат для подключения различного вида тепловых нагрузок - термостата, батарей и т. д. Сейчас смонтирован и пущен в эксплуатацию первый контур стенда.

Температурные датчики установлены во всех участках стенда, при входе и выходе из ВГТГ, в развихрителе, байпасной трубе обратного противохода, а также с наружной стороны ВГТГ для фиксации изменений температуры за счет возможных излучений. Абсолютная погрешность измерения температуры - 0,10 °С. Температура, в зависимости от числа задействованных датчиков, фиксируется через 2-15 секунд, через адаптер результаты выводятся на компьютер, что позволяет наблюдать динамику процесса и ловить любые тепловые эффекты в различных участках стенда.

Результаты экспериментов

Сейчас проводятся первые предварительные эксперименты на первой петле контура, основная цель которых проверить работу приборов и измерительных систем стенда, а также выявить возможные эффекты и аномалии для корректировки программы испытаний. Использовались как непрерывные режимы нагрева, так и ступенчатые. Именно при прерывистом нагреве чаще всего возникали новые эффекты и аномалии.

Первые полученные экспериментальные данные выявили ряд новых, неизвестных ранее физических явлений, возникающих в разных местах и меняющихся в зависимости от режимов работы стенда. Окончательная верификация этих явлений будет произведена только после их многократного повторения.

Следует отметить, что новые физические эффекты и явления были обнаружены только в результате разработки специального испытательного стенда, оригинальной методики испытаний и тщательного приборного контроля технических и технологических условий испытаний. При обычных эксплуатационных исследованиях контуров с ВГТГ получали только усредненный результат, выражавшийся в повышении температуры воды на выходе из контура.

Полученные предварительные результаты исследований имеют как научное, так и практическое значение. Конечная задача исследований - повышение эффективности ВГТГ и создание на его базе нового класса устройств с эффективностью преобразования энергии свыше 200 %, что приведет к снижению себестоимости электроэнергии более чем в 2 раза по сравнению с самыми экономичными на сегодняшний день газовыми котельными.

А. М. Савченко, к.т.н., с.н.с ФГУП ВНИИ неорг. материалов
О. И. Юферов, зам. директора отделения ФГУП ВНИИ неорг. материалов
А. Б. Калиниченко, член-корр. РАЕН, ген. директор НВФ НОТЕКА
В. М. Головко, техн. директор НВФ НОТЕКА
Р. А. Серебряков, к.т.н., член-корр. РАЕН, в.н.с., ВНИИ электрификации сельского хозяйства
Б. Н. Родионов, д.т.н., проф.
В. Ф. Шарков д.т.н., член-корр. АИН, ФГУП Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований

В восемьдесят восьмом выпуске читайте: Горячие секреты холода