是否可以制造没有活动部件的空气压缩机?


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建造没有活动部件的空气压缩机在物理上是否可行?我正在构想一种热力循环,该热力循环能够压缩空气而没有活动部件,并且以固定方式运行。压缩系数没有限制,只要压缩系数明显大于1(1.1、2、100 ...),但设计必须是可实现的。

零运动部件是一个很大的限制。您可以将其解释为没有活塞,曲轴和其他会随着时间而磨损的复杂机构。如果需要一些活动部件,那么最低维修要求是最少的活动部件?


您预计将承受多少压力?电源是否有限制?
hazzey

那么,该压缩机是热力学循环的一部分,通常会发生等熵/绝热/等温压缩吗?
Trevor Archibald

无阀脉冲喷射发动机可以做到这一点,尽管它压缩空气不会像压缩燃烧产物那样多。
卡尔顿

散热器中的空气被困
伊万2015年

Answers:


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可以制造一个绝对没有活动部件的气泵/压缩机。

制作一个小的不导电的腔并将2个电极插入其中。通过电极脉冲电弧,使腔室压力快速上升和下降。使用特斯拉空气流量止回阀(因为它们的零运动部件)进行进气和排气。

当电弧在整个腔室上形成时,由于特斯拉阀,封闭的空气将变得过热并大部分膨胀到排气口之外,然后腔室冷却并通过另一个特斯拉阀吸入新鲜空气。

这也可以使用任何可脉冲加热的热源来完成。

如果使用某种类型的密封止回阀代替特斯拉阀,则也可以保持较高的压缩水平。


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您既不会获得很高的流量也不会获得很高的压力(此外,您还必须控制气体的流出),并且在“无活动部件”上有点作弊,但是您可以制造出没有活动固体部件的压缩机。另外,它非常浪费能源-将能源转换为电能并使用经典的压缩机会更好,但是如果出于某种原因想要获得没有机械零件的压缩空气,那就可以了。

基于水流的气泵

您需要强劲的水流和较大的海拔差。采取快速,强烈的水流。使用文丘里效应或其他方式给水充气-将其与气泡/气泡混合。当水迅速沿管道向下流动时,气泡向上传播的速度比水流缓慢-向下传播。尽管流动迅速,但管道的出口仍受到一定程度的限制,结果,水压随着水柱的高度而增大,并且随着水柱的压低,气泡中的压力也随之增大。

然后管道向侧面旋转。气泡不再向下拖动,因此它们朝向管道的上侧移动,最终逸出水流并聚集在管道上边缘上方的水箱中;它们与水的压力相同-必须通过收缩,因此其压力相当高。

当然,它不适用于狭窄的管道和低流量,因为水的粘度会降低下降速度和压力分布。而且必须控制排出的空气量,因为–与普通压缩机不同–压力始终保持不变,但是气体的量会下降,如果您将其排出,则会开始吸水。显然,与压缩空气相比,大流量高压水流有更好的用途。这很浪费,因为大部分水的能量都损失了。仍然-概念是正确的;按比例缩小向下管道的高度,您可以获得相当合理的压力,每10m约1 bar。而且唯一的物理运动部件是出口阀,该阀门在运行期间无需运动。

喷头非常相似,曾经被用来向炉子提供压缩空气。


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电离飞行器中的高压结构可提供气流,而无需任何移动部件。压力差很小,但是将多个阶段结合起来会增加压力差。


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将“运动部件”解释为意味着设备的每个坚固部分都必须是刚性的,并且要求以恒定的,高于环境的恒定压力输送恒定气流的能力,我怀疑答案是合格的编号

我还假设燃料和工作流体不算作“零件”。

pNTV

一种方法是模仿典型的空气压缩机,并尝试消除尽可能多的运动部件。例如,诸如液压柱塞之类的东西可以消除活塞,叶轮,螺钉等,并允许我们从运动的水体中提取能量以压缩空气,但仍然需要阀门。如本视频所示,无阀泵需要一个特殊的旋转活塞。基本的虹吸管根本没有活动部件,如果将下部的油箱围起来,它会产生压力,但是作为空气压缩机的一部分,这是完全不切实际的,即使没有,您仍然需要某种阀门来输送压缩空气。

另一种方法是控制温度,这听起来像您要记住的。它很容易在不移动零件的情况下产生热量。燃烧器或电线圈会做到这一点。但是,如何解决阀门问题?为了增加压力,您需要一个封闭的空间,一旦有了压力,空气就需要离开该封闭的空间。如果您想发挥创造力,则可以尝试使用诸如光阑这样的膜片,该膜片只有在膜片膨胀后才能打开;然后压力将自行退出。但是对我来说,膨胀和收缩的固体隔膜或膀胱似乎也像是运动的部分。我想它可能比其他类型的活动部件更耐用,但事实可能并非如此。

为了产生恒定的压力,您需要一个储油罐,并且根据您在储油罐中可产生的压力上限以及发展的速度,输送压力的幅度将大大降低。netduke的回答中建议的Tesla阀非常聪明,但它们实际上是差动限流装置。我看不到它们能够在储罐中形成并保持压力,而您可以根据需要释放储罐中的气压。

因此,这是“合格”否的原因。从理论上讲,如果您接受空气压缩机在大多数情况下可能是完全不切实际的,那么您就不会将弹性变形视为运动,而是会用阀门和调节器“作弊”几次,是的。您可以创建一种压缩罐中空气的设备,然后按照您的意愿进行处理。在实践中,这听起来像是一个不好的想法,无法很好地扩展,但这是一个有趣的练习。

另一个条件是,在微流体环境中您可能会得到完全不同的答案。


好吧,没有活动部件约束是一个问题。活动部件数量最少,偏爱维护成本低的部件。
user3368561 2015年

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最小的运动部件根本不是什么限制。“最小”是什么意思?如何判断一个运动部件与另一个运动部件?在我看来,约束是使这个问题变得有趣的唯一原因。
航空

维护,耐用性,可制造性等。几乎在任何地方都可以找到针对特定应用的匹配阀。相反,必须定制活塞和曲柄。一个真实的例子:带阀脉冲喷射与燃气轮机。
user3368561 2015年

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克努森泵具有零个运动部件,并基于热扩散(气体从低流向管的高温端)。流体可以抵抗的背压称为热分子压差,它是气体平均自由程与管壁尺寸之比的函数- 这一概念的现代发展已使用了各种材料,例如由纳米级分子筛组成的沸石缩放毛孔以改善该比例。


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是。一种令人称奇的装置,叫做踩踏机或字幕。水通过漏斗上下流过,漏斗带有高出水位的稻草或试管。流动的水将周围的空气与之一起拖拉,将空气拉过吸管,并用小气泡为水充氧。水流经放置在河中的河流或溪流,并在水平移动通过管道时,气泡逸出到连接到管道的一个或两个气罐中。这压缩了空气。只要水在流动,即使速度很慢,空气也会在水箱中压缩。

大约100年前,加拿大的一家大型采矿企业使用长柄来为所有气钻等提供动力。为什么今天不使用它,令人困惑?


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使用超音速流很容易做到这一点。热量增加或冲击波。


您能否添加更多细节?
hazzey

如果速度足够快,则可以使用几何体压缩空气,但是只有当停滞压力大于所需的静态压力时,它才起作用。我的问题是关于一种情况,其中供应流量的滞流压力低于所需的静压力,因此您必须使用适当的方法来增加滞流压力。
user3368561 2015年

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虽然这确实是可行的(请参见冲压喷气发动机),但我对此表示反对,因为该问题特别指出它应该是静止的。
2015年

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假设这个问题是理论性的,答案可能是加热空气。它类似于军用飞机的加力燃烧室。请参阅:Wikipedia \ afterburner如果使用通道,则不必像在家用热水器中那样将燃烧液添加到流中。

这里引用了与增加气流压力有关的加力​​燃烧器的原理:“然后,加力燃烧器向涡轮下游注入燃料并重新加热气体。再加上热量,排气管和气体中的压力就会升高。燃料以较高的速度通过喷嘴喷出。通过添加燃料,质量流量也略有增加。”


我知道加力燃烧器背后的原理,我的意思是您如何在不移动零件的情况下利用压力的增加?更不用说在加力燃烧室中达到流速需要大量的移动部件。
算法

哦,我现在明白了。我的解释建议像在一维流动中那样在通道内移动空气时加热空气,并且不需要包括发动机的涡轮机械部分。
Gürkan切廷

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这是绝对可能的,并且已经在热声压缩机中完成了一段时间。最初,它们是为用于将气体冷凝为液体的低温冷却器而开发的,尽管有些公司正在努力将该技术推向消费者水平,但它们仍然是其主要应用。这些压缩机没有或最多没有运动部件(声源)。它们还具有不使用任何温室气体的好处。


对于任何需要能源运行的东西,您都不能宣称“不使用任何温室气体”。
whatsisname

@whatsisname为了满足您的要求,我的意思是这些压缩机中​​没有使用包含温室气体的制冷剂。
DLS3141
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