「水中氣泡的哲學思考」賦能「Air Bubble能源暖通機組」
水中通常溶有空氣。進一步說，水的分子群也可以轉化為氣體——水蒸氣。高速水流為什麼會冒氣泡？原來水在標準大氣壓下（一個大氣壓相當於101325Pa)，溫度達到100℃，水就會沸騰，「沸騰」就是水內部能冒氣泡的現象。不同溫度下，水沸騰的壓強是不同的，這個壓強稱為飽和蒸氣壓，也稱蒸氣壓。水在不同溫度之下的飽 和蒸氣壓為：
由表可見，在壓強為2338.1Pa時，水在20℃就開了，這種在常溫下沸騰的現象，可以稱做「冷沸騰」。「沸騰」就是水體內部能冒氣泡的現象。
圖1瀠射
水體與氣泡的另一關聯形式——瀠射。1)瀠射現象：一種在壓力的作用下，使水和空氣產生劇烈摩擦的自然現象。例如圖1所示，用吸管向一杯水內快速的吹氣，杯內所產生的現象，即為瀠射。2)瀠射條件：氣泡在水中呈現出的相對速度較大，才能使得水和氣泡產生劇烈摩擦。3)瀠射原理：將壓力賦予空氣，空氣受壓並大於水產生的壓力，使大量空氣快速進入水中與水分子摩擦，形成無數微氣泡。微氣泡以異性形態存在，並在水中快速運動。重複「生長—>膨大—>爆破」的存在過程，直到空氣壓力與水之間的壓力平衡，瀠射現象也隨即停止。4)能量轉化：壓力差—>動能摩擦—>膨脹爆裂—>釋放熱能。5)瀠射關鍵詞：水體與空氣；水體與空氣的壓力差；水體與氣泡的動能摩擦；氣泡在水中膨脹爆裂。瀠射關鍵詞中的關鍵是氣泡。
氣泡廣泛存在於自然界和工業過程中，由於其實際應用的重要性，氣泡形成的研究已經引起了很多科學家關注，並且在上個世紀就開始進行了大量的研究。
圖2瓶底破裂的瞬間
氣泡亦被稱為氣穴(cavitation)。當我們敲擊裝滿液體的瓶子頂部，其底部卻可能會破碎，而這到底是什麼原因呢？
實驗一：Truscot與猶他州立大學、東京農工大學和楊伯翰大學的研究者組成的研究團隊揭示了這一現象的奧秘，他們給出的數學公式證明了加速的液體可以產生氣穴。
圖3論文中的公式
在實驗中，流體動力學專家團隊在瓶子底部裝載了一個加速計，用以測量瓶底受衝擊和破碎時的加速度；然後他們用鎚子猛擊瓶口，發現受打擊的瞬間瓶底確實感受到了一個加速度。但該加速度並未衝破瓶底，而在氣穴出現之後，大量小氣泡迅速向瓶底移動，並在撞擊的瞬間破裂——這「爆破」了玻璃瓶底。
圖4從氣泡形成、破裂到瓶底碎裂
Truscot解釋：瓶子上的衝力產生的能量將轉移到液體中，並使液體靜壓力下降。當壓力下降時，液體可以在較低的溫度下「冷沸騰」形成氣泡。然後，當氣泡內部壓力失衡時，爆裂形成小而猛烈的衝擊波，即氣泡能。流體加速產生的氣穴現象發生在管道、閥門以及船用螺旋槳上……因而能夠預測空化的發生，對於許多應用是非常有價值的。
實驗二：1917年，英國物理學家瑞利對皇家海軍艦艇老化過快的異常現象進行了研究。發現戰艦的螺旋槳在水中攪動產生大量的氣泡，對船體和推進器形成強烈的腐蝕。其癥結在於：螺旋槳轉動產生的聲波在水中傳遞(即形成低壓區與高壓區)，在艦船行進的軌跡中生成大量的氣泡(就好比打開香檳酒瓶後瓶內氣壓降低產生的氣泡)。瑞利描述該現象演進的模型顯示，這些微小的氣泡首先向外膨脹，然後在瞬間向心爆裂，釋放出的能量即為氣泡能。美國密西西比大學的觀察證實了這一點：氣泡緩慢膨脹，但隨即猛烈收縮與爆裂。這樣一來，所有的能量在極小的範圍內集中釋放，導致溫度大幅上升。
實驗三：泵在運轉中，若其過流部分的局部區域(通常是葉輪葉片進口稍後的某處)因為某種原因，抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的液體汽化壓力時，液體便在該處開始汽化，產生大量蒸汽，形成氣泡，當含有大量氣泡的液體向前經葉輪內的高壓區時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結破裂的同時，液體質點以很高的速度填充空穴，在此瞬間產生很強烈的水擊作用，並以很高的衝擊頻率打擊金屬表面衝擊應力可達幾百至幾千個大氣壓，衝擊頻率可達每秒幾萬次……在密閉空間中，工作介質的汽化壓力可以轉換成熱量，例如，氣泡能源供熱；外部熱量可以轉換成工質壓力，例如，ORC發電……
向氣泡要能源，供熱起步探索。氣泡生成模型：1)空氣藉助外力混入水中，形成氣泡。例如，瀠射；2)裝置藉助外力轉動產生聲波在水中傳遞(即形成低壓區和高壓區)；在水的流動過程中生成大量的氣泡(如同打開啤酒瓶後，瓶內氣壓降低產生的氣泡)。例如，氣泡能。在有限空間的閉式水系統中，強制性地壓入空氣。同時，必須有等體量的空氣排出，以便維持閉式水系統內部壓力的動態平衡。壓氣裝置、排氣裝置增加了系統的複雜性，並且排氣會帶走大量的熱。故此，採用氣泡能。
氣泡能源實驗裝置：空氣經由氣—水發生器與水混合；葉輪(水泵葉片)轉動產生聲波在水中傳遞(即形成低壓區和高壓區)；在水的流動過程中生成大量的氣泡(如同打開啤酒瓶後，瓶內氣壓降低產生的氣泡）；當內部壓力失衡時，氣泡首先向外膨脹，而後瞬間向心爆裂。這樣一來，所有的能量在極小的空間內集中釋放，導致溫度大幅度上升……
Air Bubble能源暖通機組設備原理：空氣經由氣—水發生器與水混合；高速電機帶動水泵葉片旋轉，產生聲波在水中傳遞；水流經膨脹器低壓區時，生成大量的氣泡(如同打開啤酒瓶後，瓶內氣壓降低產生的氣泡)；水中氣泡流經錐管器高壓區時，氣泡內部壓力失衡。這時，氣泡首先向外膨脹，而後瞬間向心爆裂。這樣一來，所有的能量在極小的空間內集中釋放，被水吸收，導致水的溫度上升；熱量通過「流體反方向混合一體化轉換熱能裝置」加熱二次水，泵送至終端用戶；隨著氣泡破裂，空氣從水中析出，再經由氣—水發生器與水混合……循環往複，源源不斷。值得關注的是，氣泡首先爆裂成若干更小的氣泡。為了降低氣泡的表面張力，促進氣泡的多次爆裂，在工程應用當中，還需設計微量添加劑裝置。
Air Bubble能源+磁熱效應/微波能+超導瓷熱管真空導熱電輔助加熱—>高溫水，優勢疊加。
磁熱效應，理論上的解釋是磁體為負溫度的物質。負溫度與負溫度接觸，是絕對值高的負溫度絕對值變低，絕對值低的負溫度絕對值變高。類似於正常的溫度的鏡像。但是，負溫度與正溫度物質接觸，並不是兩個溫度趨於0，而是兩個溫度同時跑向正負無窮！所以，磁體磁化會放熱。因為磁體溫度變成負的，外界自然升溫。
當然，磁化這個過程不會不斷繼續。因為分子是有量子效應的。也就是說，負溫度有上限。所以，這個過程不會無限進行，物質(水)也就不會無限加熱。
微波能：水分子中間的共用電子對偏向於氧原子一方，使水分子的兩端分別帶有正負電荷。所以，水分子是極性分子。在磁場的作用下，水分子的極性就顯現出來並表現宏觀的磁性。水是吸收微波能的最好介質。利用水分子的極性，只要有水分存在的地方，都可以利用微波來處理。當極性水分子處於一種高頻變換的電磁場中的時候，水分子的兩極就會相應快速改變方向和變換位置，從而互相摩擦產生熱量。
阻垢除垢：水垢的形成主要是水中所天然存在的鈣離子、鎂離子，受溫度變化而析出結晶。如何控制水垢的形成，一般採用以下幾種辦法：1)去除水中所含有的鈣、鎂離子；2)控制溫度的變化；3)利用一個外加的力場，破壞水分子的分子結構，破壞這個固有的結晶模式。
施加高頻變換的電磁場時，水分子像鐵粉在磁場作用下一樣，各雙極子的正端取向電磁場的陰極，雙極子的負端取向電磁場的陽極，按正負順序整齊排列。水分子做為偶極子被不斷反覆極化，使分子活動加劇、活性增加。水的粘度、滲透力、表面張力、透光率等都發生變化，水的活性和溶解能力增強。同時，也改變了水與水中離子、微晶間的水合狀態。如水中鈣離子中的水分子數量相應增加，礦物質在其中溶解度增大，結晶過程破壞。經高頻變換的電磁場處理的水中，碳酸鈣/碳酸鎂的結晶顆粒細小、鬆散、懸浮於水中，從而避免了以方解石態的硬垢沉積在管壁上。老垢在動態溶解平衡過程中，逐漸鬆軟、龜裂、脫落。
TAG:文刀茶禪 |