Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[А.Г.К]

для упреждающего и заключительного попутного дожигания выходящих между ними окислов углерода и водорода...

Виктор, ну с окислами углерода понятно. Окисел водорода это вода или в данном случае водяной пар, его что тоже дожигают? Может Эльсбету удалось получить в свободном виде гидроксильную группу, то бишь ОН? Или ему удалось получить, методом дожигания водяного пара, перекись водорода, да ещё при таких температурах? Если это так, то он величайший химик! Неужели подобное писал Эльсбет? Извини, неудержался.

 

[МаГент]

Догадываюсь, что выбег вихря по инерции больше по длительности, чем интенсивное раскручивание до входа в рабочую зону

А вот для выпускаемого потока Эльсбет не использует слова "закрученный поток", хотя заботится о том, чтобы на выпуск попал сначала холодный свежий избыточный воздух, как и после завершения отвода сгоревших газов

Эти 2 пункта вызвали у меня вопросы.
Соотношение времени угасания и времени раскручивания определяется соотношением массы вихря, мощности "раскручивателя" и мощности потерь. В зависимости от этого времена могут быть равны, больше или меньше.
Судя по тому, что выпускной клапан находится в центре головки, первыми на выпуск пойдут на мой взгляд центральные, горячие объемы газов.

наддувный воздух ЗАКРУЧИВАЕТСЯ весьма энергично. Более того, гнутый впускной канал мотора Эльсбета - сам по себе свивает жгут из воздуха

Тут важно напомнить, что по некоторой информации выпускной клапан у Эльсбета закрывается довольно поздно, имеет место "перекрытие фаз" работы выпуска и впуска. За счет интенсивного наддува и частичного "продува" цилиндра  входящий воздух образует мощный вихрь в камере. Но я все же думаю, что это не Бенар... во всяком случае к моменту впрыска он уже перестает быть бенаром.

 

[Bиктор]

то бишь ОН

Вы правы,- насчет окисла водорода,  это я соврал при переводе, - хотел сказать углеводород СН, как в патентных описаниях Эльсбета.
Химик в Вас победил двигателиста, последний понял бы меня правильно, как следует из подведенного углеводородного топлива, слегка недогоревшего в зоне горения и слегка дожигаемого при выходе из цилиндра 🙂

 

[Bиктор]

Судя по тому, что выпускной клапан находится в центре головки, первыми на выпуск пойдут на мой взгляд центральные, горячие объемы газов.

А вследствие запаздывания "затяжного впуска" - после окончания совместно-клапанной продувки, - везде занимает свое место избыточный холодный воздух, - над горшком - тоже не зона горения.
Эльсбет подчеркивает не только двух-термальность рабочего процесса, но именно и двухзонность горения:  оно имеет место только там, КУДА впрыскнуто топливо, - внутри горшка, отделенное символически сУженной горловинкой горшка...

Расширение ЗОНЫ ДАВЛЕНИЯ сжатого газа после сгорания - расходящееся от точечно-шаровой  зоны горшка...

А кинетическое движение газов ... оно УСИЛИТСЯ, имхо, по накатанной "винтовой траектории" ЭНЕРГИЧНЫХ масс воздуха [ЕЩЕ и УЖЕ вращающихся]. 
Видимо, турбулизация/хаотизация продуктов горения - произойдет скорее к КОНЦУ такта ВЫТАЛКИВАНИЯ - при открытии центрального выпуска вверху, в который приходится ВТИСНУТься винтовым линиям вихря ... при его разрушении?.

Холодный воздух над горшком будет также сжат давлением от точечного источника-горшка, - то есть как сжат, так и отпор противодействия (по Ньютону?) даст...
Причем, исходя из геометрии КС, отпор холодного воздуха с верхней стороны  - намного ЖЕСТЧЕ отпора от более длинных - винтовых других зон, открываемых движением поршня вниз, нет?

 

[Bиктор]

Соотношение времени угасания и времени раскручивания определяется соотношением массы вихря, мощности "раскручивателя" и мощности потерь.

Мощность "раскручивателя" преодолевает при инициации вихря ТУ ЖЕ САМУЮ мощность потерь....

Ммм, что из этого следует?
Небольшой избыток энергии, будь он небольшим, - будет БЫСТРО съеден потерями?
Выходит, что да.  Если в вихре запасено мало энергии...
А если разность мощности "раскрутчика" и мощности потерь, равна мощности потерь?  [То есть картина иная, если мощность инициации вихря ВДВОЕ больше мощности потерь] - тогда длительность "выбега вихря по инерции"  становится  РАВНОЙ длительности раскрутки и приемлемой?

Критерий приемлемости зависит от нашей конструкции.
Нужен ли нам длительный выбег вихря, если процесс горения по длительности много короче такта сжатия/подкрутки и наступает сразу же в конце сжатия?

 

[МаГент]

двухзонность горения:  оно имеет место только там, КУДА впрыскнуто топливо, - внутри горшка, отделенное символически сУженной горловинкой горшка...

Ваша мысль понятна, Виктор, но если посмотреть на рисунок Elsbett-Patente0016.jpg из Ответ #4174, видимо нарисованный самим Эльсбетом, то мы видим, что сгусток топливной смеси почти касается ГБЦ. Как-то я уже излагал свое видение процесса, но повторюсь, предположим, что в КС имеется вихрь, и в ВМТ в него впрыскивается топливо. Как оно распределится в КС? если скорость вихря, угол, точка и скорость впрыска струи топлива подобраны правильно, то основная масса заряда останется в средней центральной зоне вихря, до нижней границы заряда доберутся самые энергичные капельки, а самые медленные останутся в верхней ближней к ГБЦ зоне. После сгорания объем отработанных газов резко возрастет, слой изолирующего воздуха сожмется и зона горячего газа приблизится к стенкам камеры, включая ГБЦ. Начнется РХ, в ходе которого поршень освободит большое (по сравнению с КС) пространство над собой, куда и переместится основная масса газа при этом расширяясь и выполняя работу. Очевидно при этом скорость вихря существенно снизится и продукты горения сильно перемешаются с избыточным воздухом, при этом вероятно дожигая свои "недогарки". После этого открывается выпускной клапан и вся эта смесь начиная с верхних слоев вытеснится в выхлопную трубу.

Нужен ли нам длительный выбег вихря, если процесс горения по длительности много короче такта сжатия/подкрутки и наступает сразу же в конце сжатия?

Я думаю тут критерий д.б. другой. Нам нужно, что бы вихрь "дожил" в КС до момента впрыска и воспламенения, обеспечивая ситуацию "двухслойности" заряда. Это время от закрытия впускного клапана в НМТ до ВМТ. При этом воздух (вихрь) сжимается и "втискивается" в КС в поршне. При этом возникнут дополнительные потери. С другой стороны уменьшается диаметр, значит должна возрасти угловая скорость. Нужен ли вихрь в КС после окончания горения и в течение РХ? На мой взгляд неактуально. Судя по дизелю Эльсбета простым наддувом и хитрой игрой фаз и геометрией поршня это все вполне реализуется.

 

[Bиктор]

У фирмы Сименс есть патент с использованием вихря Бенарда (с наличием ДВУХ ЗОН, - и в том числе, с обратным потоком) в горелке для стабильного [циклического] сжигания очень бедных смесей - по идее  с разделением слоев.
Именно благодаря обратной компоненте вихря достигается стабильность в сжигании бедной смеси›››

Подходит такое техническое решение для аналогичных применений?
http://www.findpatent.ru/patent/246/2462664.html

 

[МаГент]

Подходит такое техническое решение для аналогичных применений

Бенар "живет" за счет поступления энергии извне. Например в виде струй газа. В КС при сжатии и горении такого поступления энергии не будет (насколько я это понимаю). Поэтому прямое заимствование идеи сименса по моему мнению невозможно.

 

[DVSZ]

В двигателе видимо будет два цикла.

1.Создание вихря, требующее необходимых условий (предпосылок) это и поступление энергии извне и наличие необходимых геометрических форм в которых будет "жить" вихрь и наличие необходимых видов, направлений, величин скоростей этих геометрических форм.
2.Выбег вихря, его инерционное движение которое наступает вначале сжатия.

Собственно выбег вихря в сжимающемся обьеме и есть самым важным моментом.

 

[Bиктор]

Бенар "живет" за счет поступления энергии извне. Например в виде струй газа. В КС при сжатии и горении такого поступления энергии не будет

Я разделяю Ваши сомнения, Геннадий.
С другой стороны, я заменил бы термин "живет" на термин - "рождается" самоустойчивый вихрь Бенарда.

Неопределенностей много, доказательной практики сохранения вихря ИМЕННО в замкнутом объеме пока не найдено... Такой вихрь, вроде бы существует долго без потерь в открытой системе.

И снова сомневаюсь:  процесс уплотнения газов при сжатии - это процесс сообщения газу дополнительной энергии, - то есть ПРИТОК к внутренней энергии к газу есть.
Другое дело, что мы, очевидно, не знаем каким образом приток внутренней энергии к газу сказывается на энергетической СТРУКТУРЕ газа, которая в устойчивом вихре ИМЕЕТСЯ и в процессе масштабного сжатия.

У Василия Семеновича Букреева есть мнение, что сжатие "горизонтального" вихря Бенарда (НЕ ОСЕВОЕ сжатие) - приведет к преимущественному нагреву наружней части вихря, а не "хобота".
То есть, он видит очень важное отличие от осевого сжатия вихря в дизеле Эльсбета, - там по его мнению наиболее сильное прирастающее изменение во внутренней энергии - сообщается именно хоботу, а не периферии.

Ломаю голову, как правильно сформулировать поисковые вопросы, чтобы заполнить пробелы знаний об изменении доли внутренней энергии сообщаемой различным частям структурированного газа...

Кстати, есть замечательная, интеллектуальная поисковая система НИГМА, которая ищет только в научно-технических источниках, игнорируя рекламы некомпетентных "популяризаторов" в интернете:
http://www.nigma.ru

 

[Bиктор]

Приведенный выше пример горелки от фирмы Сименс мне кажется сложным.
Кроме того, в ней генерируется ОБРАТНОЕ - к источнику движение внутри хобота.
Мне ранее думалось, что для РЛД лучше генерировать движение в хоботе,  - уходящее от впускного отверстия.

Это мыслимо, например, если мы будем подавать поток с одной крышки, а временно выводить "продувку" в другую, противолежащую крышку. Разумеется, при специальной геометрии "вдувающей насадки". Много проще, чем насадки сименсовской...

Мне решительно не видится причин, почему такая вихревая структура, отрезанная и замнутая может МГНОВЕННО разрушиться?
Ведь в 8-камерном РЛД ему надо выжить до воспламенения всего лишь четверть оборота - поворот на 90° внутри поворачивающегося биротора, в его межлопастном пространстве.
При этом не планируется пока сдвижения ЦТ газа вдоль по радиусу межлопастной камеры, - так что сила Кориолиса не должна оказать влияния на основную структуру закрученного газа, сжимаемого с боков, имхо, квази-тангенциально...
Однако, желательно учесть локальное влияние кориолисова ускорения тех спиральных фрагментов вихря, которые тем не менее, часть своего вихревого пути проходят в радиальном направлении, - стало быть форма спирали будет искажаться.
Какова интенсивность такого искажения траекторий вихревых жгутов/струек ?
- зависит видимо, от соотношения запаса энергии в целом вихре и меньшего запаса доли энергии фрагментарного искажения траектории?

Какие же силы могли бы решительно быстро рассеять внутреннюю энергию вихревой структуры газа в межлопастной камере РЛД - за столь короткое время "выбега вихря"?  Без понятия... 🙂  Их как бы нет!?

 

[Bиктор]

Я стал задавать вопросы на форуме по вихревой физике...
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1351781176/3643
Поскольку там не только теоретики, но и экспериментаторы осмысливают разные аспекты вихревых структур.
В очередном ответе на мой вопрос было озвучено понятие "медленный вихрь Чэна", нигма послала за одним из ответов сюда:

http://konspektiruem.ru/news/Medlennyi-vihr-obespechivaet-ultrachistoe-sgoranie/

 

[Bиктор]

это и поступление энергии извне и наличие необходимых геометрических форм в которых будет "жить" вихрь и наличие необходимых видов, направлений, величин скоростей этих геометрических форм.

Виталий, совершенно верно!
Нужны не просто маленькие турбулизаторы, как их пытались безуспешно делать и на впускных клапанах,  но  протяженный и/или энергичный завихритель.
Так сделано в дизеле Эльсбета - очень длинный и гнутый воздуховод после ресивера идет индивидуально в каждую головку цилиндра, где особенно в конце вихрь как бы ввинчивается с острых боков клапана, не теряя в скорости и направлении спирали вращения, входя по краю в цилиндр, из которого одновременно выводится осевой вихрь продувки...

 

[МаГент]

Какие же силы могли бы решительно быстро рассеять внутреннюю энергию вихревой структуры газа в межлопастной камере РЛД - за столь короткое время "выбега вихря"?  Без понятия...   Их как бы нет!?

Основное - это силы внутреннего трения. Но я думаю, что достаточное для впрыска и сгорания время вихрь проживет в КС. Наверняка.
У меня другое предложение. Чем дольше я думаю о машине Лутца, тем больше она мне нравится. Прежде всего отсутствием синхронизатора. В этом она подобна моей задумке, только у него носителем энергии является сжатый газ, а у меня электромагнитное поле. К сожалению в ГТД я плаваю, но думаю сообща здесь можно родить эффективную машину кВт на 100. Если тупо уменьшить все размеры например в 4 раза (значит объем и вес в 64 раза), получим ли мы машину на 80кВт? Теоретически понятно, что скорее всего нет, но ведь посчитать наверное можно... 😀
Я тут сбросил инфу про Лутца на ветку свободно-поршневых, но пока безрезультатно...

 

[DVSZ]

Нужны не просто маленькие турбулизаторы, как их пытались безуспешно делать и на впускных клапанах,нопротяженный и/или энергичный завихритель.

       Конструктивная схема РЛД отводит нам очень маленькие промежутки времени (наверное сотые доли секунды) для создания (раскручивания) и использования выбега вихря.
        Думаю, что нам нужен именно энергичный завихриватель. Скорее всего это бутет импульсный генератор вихревых волн.
        Ведь природа вихря не позволяет нам резать его как батон. То есть мы не можем сгенерировать вихрь, который будет вращаться постоянно у впускного окна двигателя дожидаясь когда от него "отрежут" кусочек для использования выбега этого кусочка.
         И еще. Думаю, что не следует забывать, что мы генерируем и используем выбег вихря во вращающемся замкнутом пространстве. Вероятно вихрь будут генерировать стационарные дюзы размещенные по окружности рабочего обьема но во вращающемся рабочем обьеме и ось вихря будет ориентирована вдоль обьема, касательно к нему.
         Закрученный вихрь (бодобно юле) будет стараться сохранить первоначальное направление своего движения. В результате может получиться вихрь закрученный в спираль (или в двойной вихрь). А может это еще больше раскрутит его? Или я не прав ?

 

[Bиктор]

Чем дольше я думаю о машине Лутца, тем больше она мне нравится. Прежде всего отсутствием синхронизатора. В этом она подобна моей задумке, только у него носителем энергии является сжатый газ, а у меня электромагнитное поле.

Геннадий, я и ожидал, что вариант Лутца может вас заинтересовать 🙂
Насчет синхронизатора там, - сначала был кулачковый, но с ним было много проблем.
Затем сменили его на эксцентриково-шатунный, [откуда информация - не помню..], НО - обеспечили сознательно около 15° люфтового хода вблизи "мертвых точек".

Я это так понял, что Лутц совместил как связи для принудительного движения би-роторов, так и ограниченную свободу... в некоторых угловых пределах, когда степень сжатия/расширения самоустанавливается состоянием газов.

Наводку на этот агрегат Лутца в составе ГТД СУ дальних ЛА дал мне А.Г.К. - именно с ветки, кажется, свободно-поршневиков. За это я ему и благодарен 🙂  Другим те нюансы были, видимо, не интересны.
 

К сожалению в ГТД я плаваю, но думаю сообща здесь можно родить эффективную машину кВт на 100

Я примерные прикидки делал в то время, - с уменьшением масштаба по варианту РЛД Лутца, - можно повторить, приняв некое реальное средне-индикаторное давление на донышки поршней...
Значит, Вы склоняетесь к круглому поперечному сечению торов РЛД [не прямоугольному]?
Или Вы предполагаете сделать прикидку РЛД, а ля Лутц, именно в качестве компрессора/газогенератора для некоей примыкающей по тракту расширительной машины? [как газовая турбина у немцев]

 

[Bиктор]

Конструктивная схема РЛД отводит нам очень маленькие промежутки времени (наверное сотые доли секунды)

Если условиться на 4000 об/мин, то на один оборот требуется 15 миллисекунд (тысячных).
Для 8-лопастного РЛД впуск длится примерно 3 миллисекунды 🙂
Вот за это время и должен родиться вихрь, и желательно с хоботом.

Ведь природа вихря не позволяет нам резать его как батон. То есть мы не можем сгенерировать вихрь, который будет вращаться постоянно у впускного окна двигателя дожидаясь когда от него "отрежут" кусочек для использования выбега этого кусочка.

Вы правы, Виталий!
Вихрь обусловлен как раскручивающими парами сил, так и тормозящими. Очень желательно, чтобы раскручивающие пары сил длились существенно дольше, чем те искажающие - которые возникнут в короткие периоды закрытия окна ввиду поворотного ухода межлопастной камеры от него.
Градиенты давления на которые вихрь реагирует, при изменении конфигурации газо-водов при начале и конце впуске, - эти градиенты изменяются с быстротой скорости звука.  А кинетика газа все же имеет инерцию и запаздывание в изменениях... , однако, вероятно, не решающую для малых размеров межлопастной камеры (~100мм * 28мм * ~32мм)
Нужны , очевидно, опыты приближенные к реальности.

Поворот межлопастной камеры на 90° может вызвать на концах вихря кориолисову реакцию,
- там где из хобота струя будет временно проходить загиб,
приближающий ее ближе или наоборот отдаляющий от оси вращения камеры РЛД,
- загиб будет дополняться ускорением Кориолиса, дополнительно загибающий струю в плоскости,
- расположенной перпендикулярно плоскости исходного - геометрического загиба.  От этого, имхо, круглая форма сечения хобота на концах, переходящего на периферию или наоборот, - станет эллиптической в процессе перехода, - стало быть  и периферия будет испытывать такое искажения внешней ее конфигурации.
Разумеется, лучше один рад увидеть траектории в хорошо поставленном опыте, чем так спекулировать... 🙂

 

[Bиктор]

В результате может получиться вихрь закрученный в спираль (или в двойной вихрь). А может это еще больше раскрутит его? Или я не прав ?

Еще не знаю, позволяет ли программа симуляции потоков Flow Vision моделировать влияние ускорений Кориолиса...

 

[МаГент]

НО - обеспечили сознательно около 15° люфтового хода вблизи "мертвых точек".

Виктор, так в этом же все дело! +/-15 градусов в сумме дают 30 градусов на 1 комплект поршней. И на второй комплект 30. в сумме 60 градусов. Это именно равно величине углового качания поршней друг относительно друга в машине Лутца. Другими словами у этого варианта вообще отсутствует синхронизатор как класс! На мой взгляд просто гениально.

Наводку на этот агрегат Лутца в составе ГТД СУ дальних ЛА дал мне А.Г.К. -

Большое ему за это спасибо.

Вы предполагаете сделать прикидку РЛД, а ля Лутц, именно в качестве компрессора/газогенератора для некоей примыкающей по тракту расширительной машины? [как газовая турбина у немцев]

Да в этом суть моего предложения. В первом приближении если оставить только 1 секцию РЛД и уменьшить ее в 2 раза примерно относительно Лутца, то получим около 100 квт мощности на сжатом газе. Эту мощность сработать на газовой турбине. Возможно потребуется прибавить винт. Как я уже писал в ветке свободнопоршневых можно получить более легкую СУ для СЛА, чем поршневик и такую же экономичную. Прикинуть бы характеристики турбины...

 

[JohnDoe]

Всем привет, давно не был(отпуск, инет доступен крайне эпизодически). Вы тут вновь о вихрях? 😉
Пара мыслей(уже ранее высказанных):
1) если при впуске удалось создать вращение/вихрь он вполне себе должен дожить до момента воспламенения за счет подвода к нему энергии на такте сжатия(поршнем/лопастью). Ессно поршень лопасть должна иметь такой конструктив, чтобы он ХОТЯ БЫ не мешал вихрю крутиться.
2) На стадии сгорания к вихрю также будет подводиться энергия за счёт сгорания топлива, так что оный вполне себе может дожить и до фазы выпуска.
3) "Эффективный завихритель" входящего потока можно получить разделением входного потока на два: один идёт по "нормальному" впускному каналу, а второй подходить к клапану тангенциально по отношению к первому потоку. Весь вопрос на сколько это повлияет на насосные потери(а повлияет однозначно) и в общем балансе затрат/выигрышей. Т.е. если насосные потери вырастут на N, но при этом плюсов(мощность/экономичность/пр.) мы получим N+m, тогда можно сим заморачиваться.
ИМХУ.