Was ist die beste Methode, um Wärme aus einem Druckluftbehälter zu erzeugen?

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Ich möchte die aus einem Ventil austretende Druckluft in Wärme umwandeln. Ich weiß, dass ein Wirbelrohr dazu verwendet werden kann, aber ich frage mich, ob ich das Wirbelrohr modifizieren muss, um es effizienter zu machen, oder ob es nur eine andere, effizientere Möglichkeit gibt, Wärme zu erzeugen.

layssi
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Warte eine Minute. Wenn Druckluft durch ein Ventil aus dem Behälter nach außerhalb des atmosphärischen Drucks austritt, dehnt sie sich aus, sodass sie abkühlen würde.
0tyranny 0poverty
Meines Wissens ist ein Wirbelrohr bereits dafür optimiert. Ein vorgeschaltetes Ventil kühlt das Gas und senkt den Druck. Beseitigen Sie das Ventil, wenn Sie können. Oder öffnen Sie das Ventil bis zum Anschlag.
Paparazzo
Entschuldigung, ich habe es behoben.
Layssi
Sie haben es nicht vollständig behoben. Sie erzeugen keine Wärme. Dies ist ein adiabatisches Gerät.
Paparazzo
Ein Wirbelrohr erzeugt tatsächlich Wärme. en.wikipedia.org/wiki/Vortex_tube Wie effizient das ist, weiß ich nicht.
Agentp

Antworten:

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Eine Möglichkeit wäre, die Luft zum Antreiben einer Turbine zu verwenden (wahrscheinlich eine Radialturbine, wie sie in Turboladern verwendet wird). Die Turbine könnte mit einem Generator und der Generator mit einem Widerstand verbunden sein. Sie müssen höchstwahrscheinlich auch das Lager der Turbine und des Generators kühlen, damit Sie viel Wärme erzeugen.

Bildbeschreibung hier eingeben

Unter der Annahme, dass Ihre Druckluft (@ 4500PSI = 320bar) Raumtemperatur und 20 ° C hat, führt die Entnahme der potentiellen Druckenergie zu einer ziemlich niedrigen Temperatur am Auslass Ihres Prozesses.

Ich habe ethermo.us verwendet , um die thermodynamischen Zustände zu berechnen. Für einen idealen (Wirkungsgrad = 1,0) Prozess würde die Expansion von 320 bar und 20 ° C auf 1 bar (Umgebungsdruck) zur Kondensation von Luft führen, was alles sehr viel komplizierter macht, so dass ich nur auf 12 bar expandierte. Aber auch bei 12 bar hat die Abluft -160 ° C.

Ich würde mich freuen, wenn jemand diese Zahlen und Berechnungen überprüfen könnte!


V=1l
ρ@310bar,20°C=330,33kgm3mair=Vρ=0,33kg

Schritt 2: Spezifische Enthalpiedifferenz für die isentrope Expansion. Beide Zustände haben die gleiche spezifische Entropie ( ). Anfangszustand: :5kJkgK
h@310bar,20°C=248,39kJkg h@12bar,-160°C=91,86kJ
h@12bar,160°C=91,86kJkg

Schritt 3: Verfügbare Energie
ΔH=(h@310beinr,20°C-h@12beinr,-160°C)meinichr=51,71kJ

Es ist unwahrscheinlich, dass ein Prozess extrahiert, sodass es wahrscheinlich weniger ist. Ich befürchte (ohne Fehler), dass diese Energiemenge die technischen Herausforderungen nicht rechtfertigen wird.52kJ


Bemerkung:
Der Wirkmechanismus des Wirbelrohrs wird von Polihronov und Straatman 1 analytisch beschrieben . Der Autor gibt in Bezug auf Heizung 2 Folgendes an :

Fazit: Wenn man die Energie von Druckgas mit dem Wirbelrohr-Effekt in Wärme umwandeln muss , ist der beste Ansatz: den heißen Ausgang des Rohrs entfernen (...) und eine Wärmepumpe damit antreiben, um Wärme zu erzeugen .

[1]: Polihronov, Jeliazko G .; Straatman, Anthony G. (2012). "Thermodynamik des Winkelantriebs in Flüssigkeiten". Physische Begutachtungsschreiben.
[2]: Polihronov, Erhitzen mit einem Wirbelrohr

Regel30
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Durchsuchen Sie den Physikstapel-Austausch nach "Vortex Tube", um eine korrekte Erklärung zu erhalten.
Niels Nielsen
Ich habe den Abschnitt umformuliert und Verweise hinzugefügt, danke für den Anstoß!
30.
@ rul30. Mein Druckluftbehälter ist klein und hat die Größe eines Paintball-Druckluftbehälters (etwa 1 Liter). Ich möchte Aluminium oder Kupfer in der Größe einer Post-It-Note erhitzen. Vielleicht so etwas wie 75mmx75mmx0.1mm Aluminiumfolie. Ich möchte es so lange wie möglich auf rund 400 Grad Celsius bringen. Wie eine tragbare Heizung ohne Flamme.
Layssi
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Danke @layssi für die Info. Leider scheint es, dass es unabhängig von dem Prozess, den Sie zur Umwandlung der Druckenergie verwenden, möglicherweise nur in der Lage ist, auf einer Tasse Wasser zu heizen.
30.
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@layssi. 0,15 × 4,179 × 80 = 50,148 kJ (Masse Wasser x Wärmekapazität x Temperaturdifferenz) ... Solange Sie einen Prozess mit einem Wirkungsgrad von 97% (50,14 / 51,71) finden, könnte dies funktionieren . Viel Glück und halten Sie uns auf dem Laufenden!
30.
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Jeder Motor, der mit Druckluft betrieben werden kann, tut dies. Es gibt einige, aber stellen Sie sich als Beispiel einen Zylinder vor, in dem sich ein bisschen Druckluft befindet. Der Druck drückt so lange auf den Kolben, bis er dem atmosphärischen Druck entspricht. Dann öffnet sich ein Ventil und vielleicht drückt ein Schwungrad oder ein anderer Kolben auf einer Kurbelwelle den Kolben zurück und entlüftet die Luft in die Atmosphäre, ein neues Stück Druckluft wird eingelassen und der Zyklus wiederholt sich.

Ohne Last wandelt der Motor die gesamte Druckenergie in Reibungswärme im Zylinder oder in den Lagern sowie in Luftwiderstand um.

Gunchars
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Da die expandierende Luft versucht, die unmittelbare Umgebung zu kühlen, müssen Sie die Zufuhr der expandierten Luft vom zu beheizenden Bereich trennen. Solange Sie einen Kühlkörper haben, können Sie eine Wärmepumpe mit einem Luftmotor betreiben.

Natürlich können Sie auch beim Befüllen des Zylinders Wärme einfangen.

Phil Sweet
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