Как поставить турбину на атмосферный двигатель
Как-то я задумался, что нужно, для того чтобы установить турбину на свою машину, на которой стоял обычный 2.5 литровый атмосферный дизельный мотор. Поспрашивав советов у друзей и полазив по форумам, пришел к выводу, что эту затею можно реализовать, но прибавка в мощности будет совершенно не соответствовать тем денежным затратам, которые предстоят мне в реализации этой авантюры.
Ну а если ставить большую турбину с большим давлением наддува, то нужен вообще воз и маленькая тележка денег, поскольку под замену автоматически попадают коробка переключения передач, элементы трансмиссии, приводов и даже тормоза.
С последующим появившимся во владении автомобилем, такие идеи также меня посещали, но самое главное «но» на этот раз заключалось в неминуемом снижении ресурса на этот раз бензинового 1.8 литрового мотора.
Впрочем, читая форумы в Рунете и в зарубежном сегменте интернета, можно легко прийти к выводу о том, что данная тема остается популярной у любителей тюнинга, которые не останавливаются из-за временных затрат и в связи с денежными тратами, их даже не пугает то, что двигатель может выйти из строя.
Для этих парней главное скорость и создание чего-то нового на базе имеющейся технической основы. Похвальная тяга к приключениям, нечего сказать.
Не далее, чем четыре дня назад на сайте www.popularmechanics.com было опубликовано видео Engineering Explained с Джейсоном Фенске, в котором были объяснены азы установки турбины на атмосферный двигатель.
Сегодня мы не будем углубляться в технические подробности этого мероприятия, а лишь опубликуем видео (инструкцию по включению переведенных на русский язык субтитров разместим в конце новости), для тех, кто хочет подробнее узнать, как установить турбину на атмосферный двигатель в следующую пятницу мы напишем подробную статью.
Пять основных моментов, которые нужно учитывать при установке турбины на нетурбированный двигатель:
- Приобрести турбину, подходящую по характеристикам к данному типу двигателя
- Установить новые топливные компоненты питания двигателя, в которые входят топливный насос, насос высокого давления, если таковой есть, более производительные топливные форсунки.
Также в видео рассуждают о необходимости использования высокооктанового топлива, если предполагается значительно поднимать мощность двигателя. - При наличии блока управления двигателем ECU (ЭБУ) он также будет подлежать замене или рекалибровке для правильного питания двигателя.
- Дополнительно нужно будет заменить датчики, отвечающие за работу мотора в тех или иных режимах работы, установить интеркулер, заменить свечи на другой тип, установить проставку между головкой и блоком мотора для снижения компрессии или использовать специальные поршни, также разработанные для снижения компрессии.
- И наконец, пятый основной пункт, требуется найти хороших опытных мастеров, профессионалов, которые все это добро установят и правильно откалибруют.
Также в видео рассуждают о необходимости использования высокооктанового топлива, если предполагается значительно поднимать мощность двигателя.Как установить турбонаддув своими руками?
Многие водители очень часто сталкиваются с проблемой недостаточной мощности двигателя. Особенно часто вопросом об увеличении мощности задаются владельцы отечественных машин, например марки ВАЗ, или старых иномарок.
Как ни странно, один из лучших решений на сегодняшний день остается установка турбонаддува. Данный апгрейд, конечно, увеличит потребление бензина, но и мощность мотора возрастет в разы. К тому же нет никакой необходимости обращаться в сервисный центр или на СТО, эту систему вполне возможно установить своими руками.
Что такое турбонаддув?
И так, вы уже поняли, что турбонаддува (или как его еще называют «турбина»), это хороший способ увеличить производительность двигателя, но давайте разберем более подробно, как он работает.
Первое что хочется сказать, турбина — это очень полезная для окружающей среды штука. Полезность заключается в том, что работа этого агрегата основывается на потреблении энергии из уже отработавших газов.
Выхлопные газы попадают на крыльчатку турбины. Вследствие этого крыльчатка раскручивается, а вместе с ней приводятся в движение и лопасти компрессора, которые расположены на том же валу. Преимущества данной системы таковы:
- Увеличение мощности на 30-40% за счет маленького потребления топлива;
- Польза для окружающей среды;
- Возможность установки на любую марку машины;
- Возможность установки своими руками.
Раскручиваясь, компрессор нагнетает воздух в цилиндрах двигателя, т.е. бензин сильнее начинает обогащаться воздухом, и обогащенная топливовоздушная смесь, под давлением созданным искусственным наддувом, а не разряжением в больших объемах приходит в цилиндры, где и сгорает.
Конечно, из-за создания большой мощности вследствие сгорания больших объемов топлива и нагнетания кислорода, вся система под конец такта сжатия довольно сильно греется, так что возможен даже взрыв, но изобретатели данного механизма придумали как свести на нет вероятность такого исхода. Решение довольно простое, турбонаддув снабжен интеркуллером, который, по сути, является радиатором для охлаждения воздуха и соответственно всей системы.
Процесс самостоятельной установки турбонаддува
Турбонаддув на автоДля того чтобы поставить этот девайс на двигатель своими руками, нужно прежде всего понять одну вещь, независимо от марки автомобиля, модели турбины и прочих мелочей, принцип работы любого такого агрегата практически идентичен, так что проводимые работы в 95% случаев будут примерно одинаковы.
Ну давайте же начнем, а начать нужно со снятия с двигателя воздушного фильтра и карбюратора. Делается это потому, что патрубок приема устанавливается в то место, где находится карбюратор, а штатная приемная труба от карбюратора попросту удаляется. Также не будет лишним закрепить всю конструкцию нормальными болтами, для большей надежности. Газоотводящий патрубок будет заменен на шпильки коллектора выхлопа, а приемная труба глушителя будет введена снизу.
Теперь нашу турбину надо закрепить на горизонтальном фланце все того же патрубка. Когда эти действия проделаны, в выпускной тракт турбонаддува необходимо ввести законцовку с кольцом уплотнителя для отводящего патрубка (она имеет цилиндрическую форму).
Что касается прямоугольно фланца на патрубке, то он крепится на приемной трубе при помощи медной прокладки. Это дает необходимый показатель жесткости и прочности крепления.
Следующим шагом необходимо соединить патрубок впуска и выпуска воздуха с аналогичной частью компрессора нашей системы.
Делается это при помощи соединительного патрубка. Он имеет диаметр в 50 миллиметров и закрепляется при помощи пластиковых хомутов. На выходе из компрессора следует поставить еще один патрубок, но уже алюминиевый. После этого, можно приступить к возврату в систему двигателя его родного карбюратора. Для этого своими руками, с помощью штатных шпилек присоединяем его к горизонтальному фланцу при помощи родной прокладки.
Далее вам нужно демонтировать пластину, которая находится на крышки головки блока, но не перепутайте, их там несколько, а демонтировать нужно именно вторую с правой стороны. На ее место устанавливается приводной кронштейн дроссельной заслонки, которая отвечает за распределение и дозировку воздушных потоков, топлива, а теперь и выхлопа.
Теперь необходимо закрепить газопровод гидровакуумного усилителя. Крепится он на специально предназначенном штуцере входного патрубка. Далее ко всему этому делу присоединяются считывающие датчики приборов, дабы отслеживать показатели системы.
В довершение всей работы не забудьте установить на место вентиляционный фильтр и трубу для вентиляции картера.
Вывод
Итак, как видите установить турбонаддув на двигатель внутреннего сгорания, будь то дизельный или бензиновый мотор, не представляет никакого труда. Всего-то и нужно, что прочитать данную статью и хоть немного представлять внутреннее устройство «сердца машины». Если же вы в чем-то неуверены, всегда можно получить консультации в данном вопросе у специалистов на СТО.
Когда турбонаддув будет установлен на вашу машину, вы почувствуете значительное увеличения набирания оборотов, усиление динамики автомобиля и большую набираемую скорость. Все эти гигантские плюсы достигаются всего лишь при незначительном увеличении потребления топлива, так что думается, поставив данный девайс на своего «железного коня», владелец только выиграет.
Установка турбины на атмосферный двигатель
Установка турбины на атмосферный двигатель кажется автовладельцу весьма привлекательным решением.
Давайте разберём, почему.
Большинство автовладельцев хотели бы увеличить мощность своего авто. Зачем? Иногда мощность автомобиля действительно важна, почему бы не иметь лучшее?
Мощность автомобиля можно увеличить разными методами: увеличить камеру сгорания двигателя, подать сжиженный или сжатый воздух, можно вместо воздуха подать другой газ. Если рассматривать поступление воздуха, то всё сводится к тому, что за цикл сгорает большее количество топлива, что требует также и большего поступления воздуха. Доработка двигателя без увеличения его объёма обычно не приводит к значительному эффекту, поскольку скорость поступления воздуха в камеру заметно не изменяется. Одним из выходов в таком случае является подача сжатого воздуха или подача воздуха при помощи турбины или компрессора.
Виды турбин, устанавливаемых на атмосферный двигатель
Принцип работы турбинного двигателя
Основным элементом турбины, какой бы конструкции она ни была, является крыльчатка, установленная в трубе.
Эта крыльчатка, вертясь, нагнетает воздух в трубу, который в дальнейшем попадает в двигатель. Следовательно, задача состоит в том, как раскрутить крыльчатку.
На сегодняшний день используется два подхода к тому, как раскрутить крыльчатку – ременная передача с подсоединением к двигателю и использование выхлопных газов для генерации крутящего момента (здесь устанавливается ещё одна турбина). Конечно, при небольшой мощности можно было бы соорудить и электрическую систему подачи воздуха, но что-то о такой не слышно.
Ременная передача крутящего момента на крыльчатку от двигателя, конечно, позволит увеличить мощность двигателя, но не увеличит его КПД, поскольку часть энергии будет отбирать турбина наддува. Другое дело, если использовать для раскрутки крыльчатки выхлопные газы. Идея состоит в том, что они очень горячие и потому гораздо легче воздуха. Газы, являясь легче воздуха, стремятся вверх, что можно использовать для раскрутки крыльчатки или соорудить двигатель наподобие парового.
Автотурбина
Как бы ни была выгодна турбина, установка её дело не тривиальное. С ременной передачей было бы проще, но от неё эффект меньше. Тем не менее, многие умельцы стремятся установить турбину своими руками. Однозначного решения по монтажу турбины здесь нет, давайте рассмотрим, какие задачи здесь возникают.
Самостоятельная установка турбины
Принцип турбонаддува
Итак, вы решили установить своими руками турбину, которая раскручивается выхлопными газами. Задачи возникают при этом следующие:
- Работа атмосферного двигателя настроена достаточно оптимально, теперь же в двигатель начнёт поступать больше кислорода. Логично, если будет поступать и больше топлива, собственно, это и приведёт к большей мощности. Большее поступление топлива потребует более мощного насоса.
- Теперь в двигатель поступает большее количество взрывной смеси в тот же объём, следовательно, давление в системе возрастает. В такой ситуации возможна детонация ещё до того момента, как цилиндры двигателя займут свои крайние точки. Значит, необходимо будет переделать двигатель так, чтобы детонация не происходила раньше времени.
- Изменился режим подачи горючего, значит, надо поработать над настройками электроники, чтобы поступало такое количество горючего, какое нужно.
- Выхлопные газы горячи. К тому же при работе крыльчатки разогреваются. Горячий воздух, расширяясь, в том же объёме содержит меньше кислорода, нежели холодный, поэтому систему необходимо охлаждать. Для этого используют масло и воздушный радиатор.
- Для раскрутки крыльчатки будут использоваться лишь часть выхлопных газов. Излишек через клапан надо будет выводить.
- Предохранительный клапан должен стоять и на трубе подачи воздуха под давлением.
- Придется модернизировать сцепление.
Логично, если будет поступать и больше топлива, собственно, это и приведёт к большей мощности. Большее поступление топлива потребует более мощного насоса.
Излишек через клапан надо будет выводить.Установленное оборудование
Кроме того, потребуется усилить опоры двигателя, заменить распредвалы. Все вместе это влетит в копеечку. Но этого мало, ведь потребуется специальный блок управления с индивидуальной программой, который позволит мотору хотя бы завестись.
Это основные моменты, над которыми надо будет подумать.
Видео
Как установить турбину на восьмиклапанный мотор ВАЗ 2109, показано ниже:
Газотурбинные двигатели— Конспекты 1-30 — AERO 423-3
Используется для обзора совета авиационной техники Газотурбинные двигатели: ТИПЫ РЕЗЬБОВЫХ ПРОПУЛЬСИ … Подробнее
Комментарии
- Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии .
Предварительный текст
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВВЕДЕНИЕ Работа по проектированию работающей газовой турбины велась за годы до Второй мировой войны. В конце концов инженерам удалось ненадолго установить несколько двигателей на боевые самолеты на завершающих этапах войны.Война принесла много успехов в технологии газовых турбин, которые теперь можно было использовать для проектирования коммерческих самолетов. Турбинные двигатели имели много преимуществ перед поршневыми двигателями, и авиакомпании были заинтересованы. Повышенная надежность, увеличенное среднее время между капитальным ремонтом, более высокие воздушные скорости, простота эксплуатации на больших высотах и соотношение мощности к массе двигателя сделали мощность турбины очень желательной. ВИДЫ ДВИГАТЕЛЬНОЙ РАКЕТЫ Двигатель, несущий собственное топливо, а также кислород, необходимый для сгорания топлива.ДВА ТИПА: 1. В ракетах используется твердое топливо, которое смешивается с окислителем и превращается в специальное вещество, обеспечивающее оптимальную скорость горения.
После воспламенения топливо производит выброс газа с чрезвычайно высокой скоростью через сопло в задней части корпуса ракеты. Реакция на быстрый разряд — поступательное движение к корпусу ракеты. 2. Ракеты на жидком топливе используют топливо и окислитель, например жидкий кислород. Две жидкости перевозятся в баках на борту ракеты. Когда жидкости смешиваются, реакция настолько бурная, что выделяется огромное количество тепла.Возникающая за ракетой высокоскоростная газовая струя обеспечивает тягу, достаточную для приведения объекта в движение. RAMJET Прямоточный воздушно-реактивный двигатель представляет собой воздуховод или воздуховод. Это дыхательный двигатель без движущихся частей. Поскольку у него нет вращающегося компрессора для втягивания воздуха в двигатель, ПВРД должен двигаться вперед с большой скоростью, прежде чем он сможет создать тягу. Как только воздух попадает в двигатель, топливо впрыскивается и воспламеняется, чтобы обеспечить тепло, необходимое для ускорения воздуха и создания тяги.
PULSEJET Они похожи на прямоточные воздушно-реактивные двигатели, за исключением того, что воздухозаборник оборудован серией заслонок, которые подпружинены в открытом положении.Воздух, всасываемый через открытые клапаны, попадает в камеру сгорания, где нагревается и сжигается топливо. По мере того как воздух в камере сгорания расширяется, давление воздуха увеличивается до такой степени, что запорные клапаны 1 принудительно закрываются. После закрытия расширяющийся воздух внутри камеры направляется назад, создавая тягу. ГАЗОВЫЙ ТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЧЕТЫРЕ ОБЫЧНЫХ ТИПА: 1. ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ Основные принципы работы турбореактивного двигателя: относительно прямой воздух входит через впускное отверстие и попадает в компрессор, где он сжимается.Как только воздух поступает в секцию сгорания, где топливо добавляется и зажигается. Вырабатываемое при сжигании топлива тепло заставляет сжатый воздух расширяться и течь к задней части двигателя. Когда воздух движется назад, он проходит через ряд турбинных колес, которые прикреплены к тому же валу, что и лопасти компрессора.
Расширяющийся воздух вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит в движение компрессор. Пройдя мимо турбин, воздух выходит из двигателя с гораздо большей скоростью, чем входящий. 2. ДВИГАТЕЛИ ТУРБОПРОСОВ 3.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ТУРБОВЕНТИЛЯТОРА ПО СООТНОШЕНИЮ ПРОХОЖДЕНИЯ 1. Передаточное отношение низких частот (1: 1) Мощность вентилятора может быть немного выше или ниже в зависимости от модели двигателя. 2. Среднее передаточное отношение (2,1: 3,1) Вентилятор, используемый в этих двигателях, имеет больший диаметр, чем вентиляторы, используемые в двигателях низких частот сопоставимой мощности. 3. Высокий коэффициент пропускания (4: 1 или больше) В этом типе используется вентилятор наибольшего диаметра для любого из проходных двигателей. Он обеспечивает высокую тяговую эффективность и меньший расход топлива. СООТНОШЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА — это отношение давления воздуха на выходе из вентилятора к давлению воздуха на входе в вентилятор.Степень давления вентилятора на типичном низкочастотном вентиляторе составляет приблизительно 1,5: 1, тогда как для некоторых высокочастотных вентиляторов степень давления вентилятора может достигать 7: 1.
Чтобы получить высокие отношения давления вентилятора, большинство двигателей с верхним проходом конструируются с лопастями с высоким соотношением сторон. Соотношение сторон — это отношение длины к ширине или хорде. КОМПОНЕНТЫ ДВИГАТЕЛЯ Все газотурбинные двигатели состоят из одних и тех же основных компонентов. 4 СЕМЬ ОСНОВНЫХ РАЗДЕЛОВ 1. Воздуховоды. Обычно они считаются частью планера, а не двигателя.Основная функция: а. Чтобы восстановить как можно большую часть общего давления свободного воздушного потока и доставить его в компрессор, что обычно называется восстановлением плунжера. б. Для поддержания давления свободного воздушного потока или для повышения давления воздуха выше атмосферного. c. Чтобы обеспечить равномерную подачу воздуха к компрессору, чтобы компрессор мог работать эффективно. Различные типы: 1. входы 2. входы 3. входы 4. дозвуковые входы 5. сверхзвуковые входы 6. входы Bellmouth 2. секция компрессора 3.Чтобы быть эффективным, современный компрессорный агрегат должен увеличивать давление всасываемого воздуха в 20-30 раз по сравнению с давлением окружающего воздуха и перемещать воздух со скоростью от 400 до 500 футов в секунду.
Один из способов измерения эффективности — это сравнение статического давления на выходе компрессора со статическим давлением воздуха на входе. Основная функция: а. Для поддержки горения b. подача воздуха, необходимого для создания тяги. Отводимый воздух вторичной функции используется для охлаждения горячей секции, а нагретый воздух используется для герметизации кабины, кондиционирования воздуха, удаления льда в топливной системе и запуска пневматического двигателя.Два основных типа: 1. Центробежный компрессор. Основные компоненты: 5 называемых радиальным оттоком a. он состоит из рядов лопаток, закрепленных на вращающемся шпинделе. б. они расположены в фиксированных рядах лопастей ротора и действуют как диффузор на каждой ступени, уменьшая скорость и повышая давление. СТУПЕНЬ ДАВЛЕНИЯ относится к последовательному ряду лопаток ротора и лопаток статора. Это определяет необходимое количество воздуха и общее повышение давления. ПРИМЕЧАНИЕ: компрессор с осевым потоком может создавать давление компрессора только 1. 25: 1 ПРЕИМУЩЕСТВА: КПД поршня для получения более высоких степеней давления компрессора, добавление дополнительной фронтальной области ступеней, что помогает снизить аэродинамическое сопротивление. НЕДОСТАТКИ: высокие требования к пусковой мощности и сложность в изготовлении. Ротор компрессора имеет аэродинамическое сечение с различным углом наклона или скручивания. Скручивание компенсирует изменение скорости лопасти, вызванное ее радиусом. Компрессоры с осевым потоком обычно имеют от 10 до 18 ступеней сжатия. Способы крепления: 7 используйте дерево на некоторых длинных лопастях вентилятора, чтобы поддержать лопасти и сделать их более устойчивыми к изгибающим силам, создаваемым воздушным потоком.возникает, когда сопрягаемые поверхности на кожухе становятся чрезмерно изношенными и кожухи перекрываются. Это может вызвать вибрацию вентилятора и повреждение двигателя. Плоская машина с квадратной обрезкой на конце. Профиль с уменьшенной толщиной на концах. Конец относится к увеличенному изгибу лопаток на некоторых лопатках компрессора.
Этот увеличенный изгиб помогает предотвратить застой воздушного потока возле кончиков лезвий. Статор компрессора действует как диффузор для воздуха, выходящего из ротора, уменьшая его скорость и повышая давление.Это также помогает предотвратить завихрение и направить поток воздуха, выходящего из каждой ступени, на следующую ступень под соответствующим углом. Комплект входных направляющих лопаток статора непосредственно перед лопатками ротора первой ступени. Наружная лопасть последний набор лопаток компрессор воздух проходит через компрессоры. Есть только один компрессорный блок, что позволяет преодолеть ограничение одиночного золотникового компрессора, разделяющего компрессор на две или три секции. Каждая секция соединена с частью валов секции турбины, которые проходят коаксиально, один внутри другого.Низкое давление, низкая скорость, передняя часть N1 secПроцесс может работать с газом любой концентрации, от выбросов электростанции до открытого воздуха — ScienceDaily
Новая система может работать с газом практически при любом уровне концентрации, вплоть до примерно 400 частей на миллион, которые в настоящее время обнаруживаются в атмосфере.Большинство методов удаления диоксида углерода из потока газа требуют более высоких концентраций, таких как те, которые обнаруживаются в выбросах дымовых газов электростанций, работающих на ископаемом топливе.Было разработано несколько вариантов, которые могут работать с низкими концентрациями, обнаруженными в воздухе, но новый метод значительно менее энергоемкий и дорогой, говорят исследователи.
Методика, основанная на пропускании воздуха через стопку заряженных электрохимических пластин, описана в новой статье в журнале Energy and Environmental Science постдока Массачусетского технологического института Саага Воскяна, который разработал эту работу во время своей докторской диссертации, и Т. Аланом. Хаттон, профессор химической инженерии Ральфа Ландау.
Устройство представляет собой большую специализированную батарею, которая поглощает углекислый газ из воздуха (или другого газового потока), проходящего через его электроды во время зарядки, а затем выделяет газ во время разряда.
По мере зарядки аккумулятора на поверхности каждого пакета электродов происходит электрохимическая реакция.Они покрыты составом под названием полиантрахинон, который состоит из углеродных нанотрубок. Электроды обладают естественным сродством к диоксиду углерода и легко вступают в реакцию с его молекулами в воздушном потоке или подаваемом газе, даже когда он присутствует в очень низких концентрациях. Обратная реакция происходит, когда батарея разряжается — во время которой устройство может обеспечить часть энергии, необходимой для всей системы, — и в процессе выбрасывает поток чистого углекислого газа. Вся система работает при комнатной температуре и нормальном давлении воздуха.
«Самым большим преимуществом этой технологии по сравнению с большинством других технологий улавливания или поглощения углерода является бинарная природа сродства адсорбента к диоксиду углерода», — поясняет Воскиан.
Другими словами, электродный материал по своей природе «имеет либо высокое сродство, либо полное отсутствие сродства», в зависимости от состояния заряда или разряда батареи. Другие реакции, используемые для улавливания углерода, требуют промежуточных этапов химической обработки или ввода значительной энергии, такой как тепло или перепад давления.
«Это бинарное сродство позволяет улавливать углекислый газ любой концентрации, включая 400 частей на миллион, и позволяет его выпускать в любой поток-носитель, включая 100-процентный CO2», — говорит Воскиан. То есть, когда любой газ проходит через стопку этих плоских электрохимических ячеек, во время стадии высвобождения захваченный диоксид углерода будет уноситься вместе с ним. Например, если желаемым конечным продуктом является чистый диоксид углерода, который будет использоваться при газировании напитков, то поток чистого газа можно продуть через пластины.Уловленный газ затем выходит из пластин и присоединяется к потоку.
На некоторых заводах по розливу безалкогольных напитков ископаемое топливо сжигается для выработки углекислого газа, необходимого для того, чтобы напитки стали шипеть.
Точно так же некоторые фермеры сжигают природный газ для производства углекислого газа, чтобы кормить свои растения в теплицах. Новая система могла бы устранить потребность в ископаемом топливе в этих приложениях и в процессе фактически удалить парниковый газ прямо из воздуха, говорит Воскиан. В качестве альтернативы поток чистого углекислого газа может быть сжат и закачан под землю для долгосрочного удаления или даже превращен в топливо с помощью ряда химических и электрохимических процессов.
Процесс, который эта система использует для улавливания и выделения диоксида углерода, «революционен», — говорит он. «Все это происходит в условиях окружающей среды — нет необходимости в воздействии тепла, давления или химикатов. Это просто очень тонкие листы с активными обеими поверхностями, которые можно сложить в коробку и подключить к источнику электричества».
«В моих лабораториях мы стремимся разрабатывать новые технологии для решения ряда экологических проблем, которые позволяют избежать необходимости в источниках тепловой энергии, изменениях давления в системе или добавлении химикатов для завершения циклов разделения и высвобождения», — говорит Хаттон.
.«Эта технология улавливания углекислого газа — яркая демонстрация силы электрохимических подходов, которые требуют лишь небольших колебаний напряжения для разделения».
На действующей установке — например, на электростанции, где выхлопные газы производятся непрерывно — два набора таких пакетов электрохимических ячеек могут быть установлены бок о бок для параллельной работы, при этом дымовой газ направляется первым. в одном комплекте для улавливания углерода, затем направляется во второй комплект, в то время как первый комплект переходит в свой цикл выгрузки.При чередовании движения вперед и назад система всегда могла улавливать и выпускать газ. В лаборатории команда доказала, что система может выдержать не менее 7000 циклов зарядки-разрядки с 30-процентной потерей эффективности за это время. По оценкам исследователей, они могут легко улучшить это число до 20 000–50 000 циклов.
Сами электроды могут быть изготовлены стандартными методами химической обработки. Хотя сегодня это делается в лабораторных условиях, его можно адаптировать так, чтобы в конечном итоге они могли производиться в больших количествах с помощью процесса производства рулонов, аналогичных газетному печатному станку, говорит Воскян.
«Мы разработали очень рентабельные методы», — говорит он, оценивая, что их можно производить примерно по десяткам долларов за квадратный метр электрода.
По сравнению с другими существующими технологиями улавливания углерода, эта система достаточно энергоэффективна, постоянно потребляя около одного гигаджоуля энергии на тонну улавливаемого диоксида углерода. По словам Воскяна, у других существующих методов потребление энергии варьируется от 1 до 10 гигаджоулей на тонну в зависимости от концентрации углекислого газа на входе.
Исследователи создали компанию Verdox для коммерциализации процесса и надеются разработать пилотную установку в течение следующих нескольких лет, говорит он. По его словам, систему очень легко масштабировать: «Если вам нужна большая емкость, вам просто нужно сделать больше электродов».
Энергоснабжение, мир, совокупные ресурсы, с помощью которых страны мира пытаются удовлетворить свои потребности в энергии.
Древесина была первым и на протяжении большей части истории человечества основным источником энергии. Он был легко доступен, потому что во многих частях мира росли обширные леса, а количество дров, необходимых для отопления и приготовления пищи, было относительно скромным. Ситуация изменилась, когда в средние века начали использовать древесину для производства древесного угля. Древесный уголь нагревали с металлической рудой, чтобы разрушить химические соединения и освободить металл. Поскольку леса вырубались, а запасы древесины истощались с началом промышленной революции в середине 18 века, древесный уголь был заменен коксом (полученным из угля) при восстановлении руды. Уголь, который также начал использоваться для привода паровых двигателей, стал доминирующим источником энергии в ходе промышленной революции.
Хотя на протяжении веков нефть (также известная как сырая нефть) использовалась в небольших количествах для таких разнообразных целей, как медицина и герметизация судов, современная нефтяная эра началась, когда в 1859 году в Пенсильвании была введена в эксплуатацию коммерческая скважина. Крупные нефтяные компании, базирующиеся в основном в Соединенных Штатах, первоначально обнаружили крупные запасы нефти в Соединенных Штатах.В результате нефтяные компании из других стран, особенно из Великобритании, Нидерландов и Франции, начали искать нефть во многих частях мира, особенно на Ближнем Востоке. Англичане ввели в эксплуатацию первое месторождение там (в Иране) незадолго до Первой мировой войны (1914-1918). Во время Первой мировой войны нефтяная промышленность США производила две трети мировых поставок нефти из внутренних источников и импортировала еще одну шестую из Мексики. В течение следующих трех десятилетий при периодической федеральной поддержке нефтяные компании США добились огромных успехов в расширении своей деятельности в остальном мире. К 1955 году пять основных нефтяных компаний США производили две трети нефти для мирового нефтяного рынка (не включая Северную Америку и советский блок). Две британские компании производили почти одну треть мировых запасов нефти, а французы — лишь одну пятидесятую. Следующие 15 лет были периодом безмятежности для энергоснабжения.Семь крупных нефтяных компаний США и Великобритании поставляли в мир все большее количество дешевой нефти. Мировая цена составляла около доллара за баррель, и в это время Соединенные Штаты были в значительной степени самодостаточными, а их импорт ограничивался квотой. Две серии событий совпали, превратив эти надежные поставки дешевой нефти в ненадежные поставки дорогой нефти. 1973 год положил конец эре безопасной и дешевой нефти.В октябре в результате арабо-израильской войны арабские нефтедобывающие страны сократили добычу нефти и наложили эмбарго на поставки нефти в США и Нидерланды. Хотя арабские сокращения представляли потерю менее 7 процентов мирового предложения, они вызвали панику со стороны нефтяных компаний, потребителей, нефтетрейдеров и некоторых правительств. В 1978 году начался второй нефтяной кризис, когда в результате революции, которая в конечном итоге свергнула иранского шаха с трона, иранская добыча нефти и экспорт резко упали. Поскольку Иран был крупным экспортером, потребители снова запаниковали.Воспроизведение событий 1973 года в сочетании с дикими торгами снова привело к росту цен на нефть в 1979 году. Начало войны между Ираном и Ираком в 1980 году дало дальнейший толчок ценам на нефть. К концу 1980 года цена на сырую нефть в 19 раз превышала цену всего десятью годами ранее. Очень высокие цены на нефть снова способствовали мировой рецессии и дали большой толчок энергосбережению. Когда спрос на нефть снизился, а предложение увеличилось, мировой рынок нефти резко упал. Значительное увеличение поставок нефти из стран, не входящих в ОПЕК, например в Северное море, Мексику, Бразилию, Египет, Китай и Индию, привело к еще большему снижению цен на нефть.К 1989 году добыча в Советском Союзе достигла 11,42 миллиона баррелей в день, что составляет 19,2 процента мировой добычи в этом году. Несмотря на низкие мировые цены на нефть, которые преобладали с 1986 года, беспокойство по поводу сбоев по-прежнему оставалось основным направлением энергетической политики в промышленно развитых странах. Кратковременное повышение цен после вторжения Ирака в Кувейт в 1990 году усилило эту озабоченность. Благодаря своим огромным запасам Ближний Восток останется основным источником нефти в обозримом будущем.Однако новые открытия в регионе Каспийского моря позволяют предположить, что такие страны, как Казахстан, могут стать основными источниками нефти в 21 веке. В 1990-е годы добыча нефти странами, не входящими в ОПЕК, оставалась высокой, а добыча странами ОПЕК восстановилась. В результате в конце 20-го века мировой профицит нефти и цены (с поправкой на инфляцию) были ниже, чем в 1972 году. Эксперты не уверены в будущих поставках и ценах на нефть. Низкие цены стимулировали рост потребления нефти, и эксперты задаются вопросом, как долго мировые запасы нефти смогут поддерживать растущий спрос.Многие ведущие мировые геологи-нефтяники считают, что мировые поставки нефти достигнут пика примерно в 80 миллионов баррелей в день в период с 2010 по 2020 год (в 1998 году мировое потребление составляло примерно 70 миллионов баррелей в день). С другой стороны, многие экономисты полагают, что даже скромно. более высокие цены на нефть могут привести к увеличению предложения, поскольку у нефтяных компаний появится экономический стимул к разработке менее доступных нефтяных месторождений. Природный газ может все шире использоваться вместо нефти в таких сферах, как производство электроэнергии и транспорт.
Нефть (сырая нефть) и природный газ находятся в промышленных количествах в осадочных бассейнах более чем 50 стран во всех частях мира.Самые большие месторождения находятся на Ближнем Востоке, где сосредоточено более половины известных запасов нефти и почти треть известных запасов природного газа. Соединенные Штаты содержат только около 2 процентов известных запасов нефти и 3 процента известных запасов природного газа. Геологи и другие ученые разработали методы, указывающие на возможность обнаружения нефти или газа глубоко под землей. Поскольку сырая нефть или природный газ добываются на нефтяном или газовом месторождении, давление в пласте, которое выталкивает материал на поверхность, постепенно снижается. В конце концов давление упадет настолько, что оставшаяся нефть или газ не переместятся через пористую породу в скважину. Когда эта точка будет достигнута, большая часть газа на газовом месторождении будет добыта, но будет извлечено менее одной трети нефти. Часть оставшейся нефти может быть извлечена путем использования воды или углекислого газа для проталкивания нефти в скважину, но даже в этом случае от четверти до половины нефти обычно остается в пласте.Пытаясь извлечь эту оставшуюся нефть, нефтяные компании начали использовать химические вещества, чтобы подтолкнуть нефть к скважине, или использовать огонь или пар в пласте, чтобы облегчить течение нефти. Новые методы, которые позволяют операторам бурить как горизонтально, так и вертикально, в очень глубокие структуры, резко снизили стоимость поиска запасов природного газа и нефти. Сырая нефть транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы по трубопроводам, баржам или гигантским океанским танкерам. Нефтеперерабатывающие заводы содержат ряд технологических установок, которые разделяют различные составляющие сырой нефти, нагревая их до разных температур, химически модифицируя их, а затем смешивая для получения конечных продуктов.Этими конечными продуктами являются, в основном, бензин, керосин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, мазут для дома, мазут, смазочные материалы и сырье или исходные материалы для нефтехимии. Природный газ транспортируется, обычно по трубопроводам, потребителям, которые сжигают его в качестве топлива или, в некоторых случаях, производят нефтехимические продукты из химических веществ, извлеченных из него или очищенных от него. Природный газ можно сжижать при очень низких температурах и перевозить на специальных судах. Этот метод намного дороже, чем транспортировка нефти танкером.Нефть и природный газ конкурируют на нескольких рынках, особенно в производстве тепла для домов, офисов, фабрик и производственных процессов. На первых порах нефтяная промышленность вызывала значительное загрязнение окружающей среды. Однако с годами, под двойным влиянием усовершенствованных технологий и более строгих правил, он стал намного чище. Стоки с нефтеперерабатывающих заводов значительно сократились, и, хотя выбросы из скважин все еще происходят, новые технологии, как правило, делают их относительно редкими.С другой стороны, следить за океаном намного сложнее. Морские суда по-прежнему являются основным источником разливов нефти. В 1990 году Конгресс Соединенных Штатов принял закон, требующий, чтобы танкеры к концу десятилетия имели двойной корпус. Еще одним источником загрязнения, связанным с нефтяной промышленностью, является сера в сырой нефти. Постановления национальных и местных органов власти ограничивают количество диоксида серы, которое может сбрасываться заводами и коммунальными предприятиями, сжигающими мазут.Однако, поскольку удаление серы является дорогостоящим процессом, правила по-прежнему позволяют выбрасывать некоторое количество диоксида серы в воздух. Многие ученые считают, что еще одна потенциальная экологическая проблема, связанная с переработкой и сжиганием большого количества нефти и других ископаемых видов топлива (таких как уголь и природный газ), возникает, когда диоксид углерода (побочный продукт сжигания ископаемого топлива), метан (который существует в природном газе, а также является побочным продуктом переработки нефти), а другие побочные газы накапливаются в атмосфере.Эти газы известны как парниковые газы, потому что они улавливают часть энергии Солнца, которая проникает в атмосферу Земли. Эта энергия, захваченная в виде тепла, поддерживает температуру Земли, благоприятную для жизни. Определенное количество парниковых газов естественным образом присутствует в атмосфере. Однако огромное количество нефти, угля и других ископаемых видов топлива, сожженных во время быстрой индустриализации мира за последние 200 лет, является источником более высоких уровней двуокиси углерода в атмосфере.За этот период эти уровни увеличились примерно на 28 процентов. Горючие сланцы, залежи тяжелой нефти и битуминозные пески являются наиболее распространенными формами нефти в мире. Запасы этих источников во много раз превышают общие известные мировые запасы сырой нефти. Однако из-за высокой стоимости преобразования сланцевого масла и битуминозных песков в пригодные для использования нефтепродукты лишь небольшой процент доступного материала перерабатывается в промышленных масштабах.Промышленность по производству нефтепродуктов из битуминозных песков была создана в Канаде, и Венесуэла изучает перспективы разработки огромных запасов битуминозных песков в бассейне реки Ориноко. Тем не менее, количество нефтепродуктов, производимых из этих двух видов сырья, невелико по сравнению с общим объемом добычи традиционной сырой нефти. До тех пор, пока мировые цены на нефть не вырастут, количество нефти, производимой из горючего сланца и битуминозных песков, вероятно, останется небольшим по сравнению с добычей обычной сырой нефти. Уголь — это общий термин, обозначающий широкий спектр твердых материалов с высоким содержанием углерода. Большая часть угля сжигается электроэнергетическими компаниями для производства пара для работы своих генераторов. Некоторое количество угля используется на заводах для обогрева зданий и производственных процессов. Особый высококачественный уголь превращается в металлургический кокс для производства стали. Мировые запасы угля огромны. Количество угля (измеряемое по содержанию энергии), которое технически и экономически извлекается в нынешних условиях, в пять раз превышает запасы сырой нефти.Только четыре региона содержат три четверти мировых извлекаемых запасов угля: США — 24 процента; страны бывшего Советского Союза — 24%; Китай — 11 процентов; и Западная Европа — 10 процентов. В промышленно развитых странах большее удобство и более низкая стоимость нефти и газа в начале 20 века фактически вытеснили уголь с рынка для отопления домов и офисов, а также для движения локомотивов. Средняя цена на уголь практически не изменилась с начала 1980-х годов и, согласно прогнозам, снизится в начале XXI века. Однако в промышленно развитых странах необходимость соблюдения более строгих экологических норм сделала сжигание угля более дорогостоящим. Несмотря на относительную дешевизну и огромные запасы угля, рост его использования с 1973 года был намного меньше, чем ожидалось, потому что уголь связан с гораздо большим количеством экологических проблем, чем нефть.Подземная добыча полезных ископаемых может привести к заболеванию черных легких у шахтеров, опусканию земли из-под шахт и утечке кислоты в грунтовые воды. Открытые горные работы требуют тщательной рекультивации, иначе невосстановленные земли останутся покрытыми шрамами и непродуктивными. Кроме того, сжигание угля вызывает выбросы частиц диоксида серы, оксида азота и других примесей. Кислотные дожди и другие формы осадков с относительно высокой кислотностью, которые разрушают озера и некоторые леса во многих регионах, как полагают, частично вызваны такими выбросами ( см. Загрязнение воздуха).Закон США о чистом воздухе 1970 года (пересмотренный в 1970 и 1990 годах) обеспечивает федеральную правовую основу для контроля за загрязнением воздуха. Это законодательство значительно сократило выбросы оксидов серы, известных как кислые газы. Решение этих проблем стоит дорого, и вопрос о том, кто должен платить, остается спорным. В результате потребление угля может продолжать расти медленнее, чем можно было бы ожидать. Однако огромные запасы угля, усовершенствованные технологии для снижения загрязнения и дальнейшее развитие газификации угля ( см. Газы, топливо) по-прежнему указывают на то, что рынок угля в ближайшие годы увеличится. Синтетическое топливо не встречается в природе, но производится из природных материалов. Ядерная энергия вырабатывается путем расщепления или деления атомов урана или более тяжелых элементов. В процессе деления выделяется тепло, которое используется для производства пара для привода турбины для выработки электроэнергии. Эксплуатация ядерного реактора и связанного с ним оборудования для выработки электроэнергии — это лишь часть взаимосвязанного комплекса работ. Великобритания стала одной из первых в развитии ядерной энергетики. К середине 1950-х годов в этой стране производили электричество несколько ядерных реакторов. Первый ядерный реактор, подключенный к электрической распределительной сети в Соединенных Штатах, начал работу в 1957 году в Шиппорте, штат Пенсильвания. Шесть лет спустя был размещен первый заказ на строительство коммерческой атомной электростанции без прямой субсидии федерального правительства.Этот приказ ознаменовал начало попытки быстро преобразовать мировые системы производства электроэнергии от зависимости от ископаемого топлива к использованию ядерной энергии. К 1970 году в 15 странах мира действовало 90 атомных электростанций. В 1980 году 253 атомные электростанции работали в 22 странах мира. Однако попытка перейти от ископаемого топлива к ядерной энергии не удалась из-за быстрого роста затрат, задержек с соблюдением нормативных требований, снижения спроса на электроэнергию и повышенного внимания к безопасности. Вопросы о безопасности и экономии ядерной энергии вызвали, пожалуй, самую эмоциональную битву за энергию.Когда в конце 1970-х годов разгорелась борьба, сторонники ядерной энергетики утверждали, что не существует реальной альтернативы усилению зависимости от ядерной энергетики. Они признали, что некоторые проблемы остаются, но заявили, что решения будут найдены. Ядерные противники, с другой стороны, подчеркнули ряд оставшихся без ответа вопросов об окружающей среде: каковы эффекты низкого уровня радиации в течение длительных периодов? Какова вероятность крупной аварии на атомной электростанции? Каковы будут последствия такой аварии? Каким образом отходы ядерной энергетики, которые будут оставаться опасными на протяжении веков, могут быть навсегда изолированы от окружающей среды? Эти вопросы безопасности способствовали изменению спецификаций и задержкам в строительстве атомных электростанций, что еще больше увеличило расходы.Они также способствовали возникновению второго противоречия: является ли электроэнергия на атомных электростанциях менее затратной, такой же дорогой или более дорогой, чем электроэнергия на угольных электростанциях? Несмотря на стремительный рост цен на нефть и газ в конце 1970-х — начале 1980-х годов, эти политические и экономические проблемы вызвали в США эффективный мораторий на новые заказы на атомные электростанции. Этот мораторий вступил в силу еще до аварии 1979 г. (расплавление ядерных топливных стержней) на АЭС Три-Майл-Айленд недалеко от Гаррисберга, штат Пенсильвания, и частичного аварии 1986 г. на Чернобыльской АЭС к северу от Киева в Украине ( см. Чернобыль). Авария).Последняя авария привела к гибели людей и случаев лучевой болезни, а также выпустила облако радиоактивности, которое широко распространилось по северному полушарию. В 1998 году в мире работало 437 атомных станций. Еще 35 реакторов находились в стадии строительства. Восемнадцать стран вырабатывают не менее 20 процентов своей электроэнергии за счет ядерной энергетики. Крупнейшие отрасли атомной энергетики расположены в США (107 реакторов), Франции (59), Японии (54), Великобритании (35), России (29) и Германии (20).В США больше 20 лет не заказывали новые реакторы. Противодействие общественности, высокие затраты на строительство, строгие строительные и эксплуатационные правила, а также высокие затраты на утилизацию отходов делают строительство и эксплуатацию атомных электростанций намного дороже, чем электростанции, сжигающие ископаемое топливо. В некоторых промышленно развитых странах в электроэнергетике проводится реструктуризация с целью разделения монополий (предоставление товара или услуги одним продавцом или производителем) на уровне генерации.Поскольку эта тенденция заставляет владельцев атомных станций сократить операционные расходы и стать более конкурентоспособными, в атомной энергетической отрасли США и других западных стран может продолжаться спад, если существующие атомные электростанции не смогут адаптироваться к меняющимся рыночным условиям. Азия широко рассматривается как единственная область роста ядерной энергетики в ближайшем будущем. В Японии, Южной Корее, Тайване и Китае в конце 20 века строились заводы.И наоборот, ряд европейских стран пересмотрели свои обязательства в отношении ядерной энергетики. Политические партии Швеции взяли на себя обязательство прекратить использование ядерной энергетики к 2010 году, после того как в 1980 году шведские граждане проголосовали против дальнейшего развития этого источника энергии. Однако промышленность оспаривает эту политику в суде. Кроме того, критики утверждают, что Швеция не может выполнить свои обязательства по сокращению выбросов парниковых газов, не полагаясь на ядерную энергию. Франция вырабатывает 80 процентов электроэнергии за счет ядерной энергетики.Однако он отменил несколько запланированных реакторов и может заменить стареющие атомные станции на станции, работающие на ископаемом топливе, по экологическим причинам. В результате государственная электроэнергетическая компания Electricité de France планирует диверсифицировать источники производства электроэнергии в стране. В 1998 году правительство Германии объявило о плане отказа от ядерной энергетики. Однако, как и в Швеции, владельцы атомных станций могут подать в суд на правительство с требованием компенсации за остановку станций до истечения срока их эксплуатации. В Японии несколько аварий на ядерных установках в середине 1990-х годов подорвали общественную поддержку ядерной энергетики. Растущие запасы плутония в Японии и поставки отработанного ядерного топлива в Европу вызвали международную критику. Китай, где в настоящее время эксплуатируются только три атомные электростанции, планирует расширить свои ядерные возможности. Однако неясно, сможет ли Китай получить достаточное финансирование или он сможет создать необходимую квалифицированную рабочую силу для расширения. Ряд восточноевропейских стран, включая Россию, Украину, Болгарию, Чешскую Республику, Венгрию, Литву и Словаки, вырабатывают электроэнергию с помощью ядерных реакторов советской конструкции, которые имеют различные недостатки безопасности. Некоторые из этих реакторов имеют ту же конструкцию, что и чернобыльский реактор, взорвавшийся в 1986 году. Соединенные Штаты и другие западные страны работают над решением этих проектных проблем и улучшением эксплуатации, технического обслуживания и обучения на этих станциях. Солнечная энергия не относится к какой-то отдельной энергетической технологии, а, скорее, охватывает разнообразный набор технологий возобновляемой энергии, которые питаются от солнечного тепла.Некоторые технологии солнечной энергии, такие как отопление с помощью солнечных батарей, напрямую используют солнечный свет. Другие виды солнечной энергии, такие как гидроэлектроэнергия и топливо из биомассы (древесина, пожнивные остатки и навоз), зависят от способности Солнца испарять воду и выращивать растительный материал соответственно. Общей чертой технологий солнечной энергии является то, что, в отличие от нефти, газа, угля и нынешних форм ядерной энергетики, солнечная энергия неисчерпаема. Солнечную энергию можно разделить на три основные группы: отопление и охлаждение, производство электроэнергии и топливо из биомассы. Солнце веками использовалось для обогрева. Жилища на утесе Меса-Верде в Колорадо были построены с выступами скал, которые обеспечивают тень от высокого (и жаркого) летнего Солнца, но позволяют проникать лучам нижнего зимнего Солнца. Сегодня конструкция с небольшим количеством движущихся частей или без них, использующая преимущества Солнца, называется пассивным солнечным нагревом. Начиная с конца 1970-х годов архитекторы все больше знакомились с пассивными солнечными технологиями. В будущем все больше и больше новых зданий будут спроектированы так, чтобы улавливать зимние лучи солнца и не пропускать летние лучи. Активное солнечное отопление и солнечное водяное отопление — это вариации одной темы, различающиеся в основном стоимостью и масштабом. Типичный активный солнечный нагревательный элемент состоит из труб, установленных в панелях, установленных на крыше. Вода (или иногда другая жидкость), протекающая по трубам, нагревается Солнцем и затем используется в качестве источника горячей воды и тепла для здания. Несмотря на то, что с 1970-х годов количество активных установок для солнечного отопления быстро росло, промышленность столкнулась с простыми проблемами установки и обслуживания, включая такие обычные явления, как утечка воды и засорение трубопровода воздухом.Солнечное охлаждение требует установки более высокой технологии, в которой жидкость охлаждается путем нагрева до промежуточной температуры, чтобы ее можно было использовать для управления холодильным циклом. На сегодняшний день выполнено относительно небольшое количество коммерческих установок.
Электроэнергия может быть произведена с помощью различных технологий, которые в конечном итоге зависят от воздействия солнечной радиации.Ветряные мельницы и водопады (сами по себе очень старые источники механической энергии) могут использоваться для вращения турбин для выработки электроэнергии. Энергия ветра и падающей воды считаются формами солнечной энергии, потому что солнечная энергия нагрева создает ветер и пополняет воду в реках и ручьях. Большинство существующих ветряных мельниц относительно невелики и содержат десять или более ветряных мельниц в конфигурации сети, которая использует ветровые сдвиги. Напротив, большая часть электроэнергии от гидроэлектростанций поступает из гигантских плотин.Многие участки, подходящие для больших плотин, уже освоены, особенно в промышленно развитых странах. Однако в 1970-х годах небольшие плотины, использовавшиеся годами ранее для получения механической энергии, были модернизированы для производства электроэнергии. Крупномасштабные гидроэлектрические проекты все еще реализуются во многих развивающихся странах. Самая простая форма производства электроэнергии на солнечной энергии — это использование массива коллекторов, которые нагревают воду для производства пара для вращения турбины. Некоторые из этих объектов уже существуют. Другие источники солнечной электроэнергии включают высокотехнологичные варианты, которые в больших масштабах коммерчески не проверены. Фотоэлектрические элементы ( см. Фотоэлектрический эффект; солнечная энергия), которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, в настоящее время используются в удаленных местах для питания орбитальных космических спутников, ворот на необслуживаемых железнодорожных переездах и ирригационных насосов. Прежде чем станет возможным широкое использование фотоэлектрических элементов, необходим прогресс в снижении затрат.Коммерческое развитие и других методов кажется далеким будущим. Тепловая конверсия океана (OTC) вырабатывает электричество на морских платформах; турбина вращается за счет энергии, генерируемой, когда холодная морская вода перемещается с большой глубины на теплую поверхность. Также весьма спекулятивным остается идея использования космических спутников для передачи электроэнергии через микроволны на Землю. Топливо из биомассы включает несколько различных форм, включая спиртовое топливо (упомянутое ранее), навоз и древесину.Древесина и навоз по-прежнему являются основными видами топлива в некоторых развивающихся странах, а высокие цены на нефть вызвали возрождение интереса к древесине в промышленно развитых странах. Исследователи уделяют все больше внимания развитию так называемых энергетических культур (многолетние травы и деревья, выращиваемые на сельскохозяйственных землях). Однако есть некоторая озабоченность тем, что сильная зависимость от сельского хозяйства в качестве источника энергии может привести к росту цен как на продукты питания, так и на землю. Общее количество используемой в настоящее время солнечной энергии невозможно точно оценить, поскольку некоторые источники не зарегистрированы.Однако в начале 1980-х годов два основных источника солнечной энергии, гидроэлектрическая энергия и биомасса, внесли более чем в два раза больше ядерной энергии в мировое энергоснабжение. Тем не менее, эти два источника ограничены наличием участков плотин и наличием земли для выращивания деревьев и других растительных материалов, поэтому будущее развитие солнечной энергии будет зависеть от широкого спектра технологических достижений. Потенциал солнечной энергии, за исключением гидроэлектроэнергии, останется недоиспользованным и после 2000 года, поскольку солнечная энергия по-прежнему намного дороже, чем энергия, полученная из ископаемых видов топлива.Долгосрочные перспективы солнечной энергии во многом зависят от того, вырастут ли цены на ископаемое топливо и станут ли экологические нормы более строгими. Например, более строгий экологический контроль при сжигании ископаемого топлива может привести к увеличению цен на уголь и нефть, в результате чего солнечная энергия станет менее дорогим источником энергии по сравнению с этим.
Геотермальная энергия — один из аспектов науки, известной как геотермия, — основана на том факте, что земля тем горячее, чем глубже бурятся скважины под поверхностью.Вода и пар, циркулирующие в глубоких горячих породах, если их поднять на поверхность, могут использоваться для приведения в действие турбины для производства электроэнергии или могут передаваться по трубам через здания в качестве тепла. Некоторые геотермальные энергетические системы используют естественные источники геотермальной воды и пара, тогда как другие системы закачивают воду в глубокие горячие породы. Хотя теоретически он безграничен, в большинстве обитаемых районов мира этот подземный источник энергии расположен настолько глубоко, что бурение скважин для его вскрытия обходится очень дорого.
Помимо развития альтернативных источников энергии, поставки энергии могут быть расширены за счет сохранения (планового управления) имеющихся в настоящее время ресурсов.Можно описать три типа возможных практик энергосбережения. Первый тип — это сокращение, то есть, например, отказ от закрытия заводов для уменьшения количества потребляемой энергии или сокращение поездок для уменьшения количества сжигаемого бензина. Второй тип — это капитальный ремонт, то есть изменение образа жизни людей и способов производства товаров и услуг, например, замедление дальнейшей субурбанизации общества, использование менее энергоемких материалов в производственных процессах и уменьшение количества энергии, потребляемой некоторыми продуктами. (например, автомобили).Третий тип включает более эффективное использование энергии, то есть приспособление к более высоким затратам на энергию, например, инвестирование в автомобили, которые едут дальше на единицу топлива, улавливание отработанного тепла на заводах и его повторное использование, а также изоляция домов. Этот третий вариант требует менее радикальных изменений в образе жизни, поэтому правительства и общества чаще всего выбирают его, а не два других варианта. К 1980 году многие люди пришли к пониманию того, что повышение энергоэффективности может помочь мировому энергетическому балансу в краткосрочной и среднесрочной перспективе и что продуктивное энергосбережение следует рассматривать как не меньшую альтернативу энергии, чем сами источники энергии.Существенная экономия энергии начала происходить в Соединенных Штатах в 1970-х годах, когда, например, федеральное правительство ввело общенациональный стандарт эффективности автомобилей и предложило налоговые вычеты за утепление домов и установку солнечных батарей. Существенная дополнительная экономия энергии за счет мер по сбережению представляется возможной без существенного влияния на образ жизни людей. Однако на пути стоит ряд препятствий. Одним из основных препятствий на пути к продуктивному сохранению является его крайне фрагментированный и неприглядный характер; это требует, чтобы сотни миллионов людей делали обыденные вещи, такие как выключение света и поддержание надлежащего накачивания шин.Еще одним препятствием стала цена на энергию. С поправкой на инфляцию стоимость бензина в США в 1998 году была ниже, чем в 1972 году. Низкие цены на энергию затрудняют убеждение людей вкладывать средства в энергоэффективность. С 1973 до середины 1980-х годов, когда в Соединенных Штатах выросли цены на нефть, потребление энергии на человека упало примерно на 14 процентов, в значительной степени из-за мер по сбережению. Однако, поскольку в 1990-е годы нефть подешевела, министерство энергетики США прогнозирует, что к 2000 году потребление энергии в Соединенных Штатах вырастет до 2 процентов от уровня 1973 года.Со временем повышение энергоэффективности окупается с лихвой. Однако они требуют больших капитальных вложений, что не очень привлекательно при низких ценах на энергию. Основные области таких улучшений описаны ниже. В то время как транспорт использует 25 процентов всей энергии, потребляемой в Соединенных Штатах, на его долю приходится 66 процентов нефти, используемой в Соединенных Штатах. Автомобили, построенные в других странах, долгое время имели тенденцию быть более эффективными, чем американские, отчасти из-за давления высоких налогов на бензин.В 1975 году Конгресс США принял закон, обязывающий к 1985 году удвоить топливную эффективность новых автомобилей. Этот закон в сочетании с нехваткой бензина в 1974 и 1979 годах и значительно более высокими ценами на бензин (особенно с 1979 года) привел к средней эффективности всех американских автомобилей улучшиться примерно на 40 процентов в период с 1975 по 1990 год. Однако большая часть этого улучшения была компенсирована резким увеличением количества автомобилей на дорогах и ростом продаж внедорожников и легких грузовиков (которые не покрываются федеральные стандарты эффективности).К 1996 году количество автомобилей, используемых во всем мире, выросло до 652 миллионов единиц. Ожидается, что к 2018 году это число увеличится почти до 1 миллиарда. Эксперты прогнозируют, что, если не будут разработаны более эффективные технологии, этот рост приведет к увеличению спроса на бензин более чем на 20 миллионов баррелей в день. Сегодня производители автомобилей обладают техническими возможностями для создания автомобилей с гораздо более высокой топливной экономичностью, чем предписано Конгрессом. Однако массовое производство автомобилей с такой эффективностью потребует огромных капитальных вложений.Новые технологии двигателей, использующие электрические батареи или высокоэффективные топливные элементы, а также двигатели, работающие на природном газе, могут сыграть гораздо более важную роль в начале 21 века. Повышение цен на бензин и парковку стимулировало использование двух других видов транспорта: совместного использования пассажиров (фургон или автомобильный парк) и общественного транспорта. Эти методы могут быть очень эффективными, но разрастающийся характер многих городов США может затруднить их использование. Управляющие бизнесом, ориентированные на прибыль, все чаще обращают внимание на модификацию продуктов и производственных процессов с целью экономии энергии.Фактически, промышленный сектор продемонстрировал более значительное повышение эффективности, чем жилищный или транспортный сектор. Усовершенствования в производстве можно разделить на три широкие, в некоторой степени перекрывающиеся, категории: улучшение домашнего хозяйства, текущее обслуживание печей и использование только необходимого освещения; регенерация отходов рекуперация тепла и переработка побочных продуктов отходов; и технологические инновации, модернизирующие продукты и процессы для воплощения более эффективных технологий. В 1950-х и 1960-х годах эффективному использованию энергии часто пренебрегали при строительстве зданий и домов, но высокие цены на энергию 1970-х годов изменили это. Некоторые офисные здания, построенные с 1980 года, потребляют только пятую часть энергии, потребляемой зданиями, построенными всего десятью годами ранее. Методы экономии энергии включают проектирование и размещение зданий для использования пассивного солнечного тепла, использование компьютеров для мониторинга и регулирования использования электроэнергии, а также инвестирование в более эффективное освещение и в улучшенные системы отопления и охлаждения.Подход на основе жизненного цикла, который учитывает общие затраты на протяжении всего срока службы здания, а не только начальную стоимость строительства или продажную цену, способствует повышению эффективности. Кроме того, успешной была реконструкция старых зданий, в которой новые компоненты и оборудование используются в существующих конструкциях. Химия, история, история изучения состава, структуры и свойств материальных веществ |
Энергия — основа индустриальной цивилизации; без энергии современная жизнь перестала бы существовать.В 1970-е годы мир начал болезненную адаптацию к уязвимости энергоснабжения. В долгосрочной перспективе сохранение энергоресурсов может предоставить время, необходимое для разработки новых источников энергии, таких как водородные топливные элементы, или для дальнейшего развития альтернативных источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия ветра. Однако пока это происходит, мир будет по-прежнему уязвим для перебоев в поставках нефти, которая после Второй мировой войны (1939-1945 гг.) Стала наиболее популярным источником энергии.
Некоторые другие источники энергии, найденные только в определенных местах, также использовались в древние времена: асфальт, уголь и торф из поверхностных отложений и нефть из просачиваемых подземных отложений.
Нефтяная промышленность в Соединенных Штатах быстро расширилась, так как появились нефтеперерабатывающие заводы, производящие нефтепродукты из сырой нефти.Вскоре нефтяные компании начали экспортировать свой основной продукт — керосин, используемый для освещения, во все регионы мира. Развитие двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в конце 19 века создало новый огромный рынок для другого важного продукта — бензина. Третий крупный продукт, тяжелая нефть, стал заменять уголь на некоторых энергетических рынках после Второй мировой войны.
Однако в конце войны и до открытия продуктивных месторождений в Восточном Техасе в 1930 году Соединенные Штаты, чьи запасы были истощены войной, на несколько лет стали нетто-импортером нефти.
В 1960 году, разгневанные односторонним снижением цен на нефть семью крупными нефтяными компаниями, правительства основных стран-экспортеров нефти сформировали Организацию стран-экспортеров нефти (ОПЕК).Целью ОПЕК было предотвратить дальнейшее снижение цен, которые страны-члены Венесуэла и четыре страны Персидского залива получали за нефть. Им это удалось, но в течение десяти лет они не могли поднять цены. Между тем, рост потребления нефти во всем мире, особенно в Европе и Японии, где нефть вытеснил уголь в качестве основного источника энергии, вызвал колоссальный рост спроса на нефтепродукты.
Бурные торги на сырую нефть начались, когда несколько стран-производителей начали продавать часть своей нефти с аукциона. Эти торги побудили страны ОПЕК, которых сейчас насчитывается 13, поднять цены на всю свою сырую нефть до уровня в восемь раз выше, чем несколько лет назад.Мировая нефтяная сцена постепенно успокоилась, поскольку мировой экономический спад, частично вызванный повышением цен на нефть, урезал спрос на нефть. Тем временем правительства большинства стран ОПЕК взяли в свои руки нефтяные месторождения в своих странах.
Одна из причин заключается в том, что мировые запасы природного газа с 1976 года увеличились вдвое, отчасти из-за открытия крупных залежей природного газа в России и на Ближнем Востоке. Строятся новые объекты и трубопроводы, которые помогут перерабатывать и транспортировать этот природный газ от добывающих скважин к потребителям.
Эти методы включают аэрофотосъемку особых элементов поверхности, рассылку ударных волн через землю и их отражение в инструменты, а также измерение силы тяжести и магнитного поля Земли с помощью чувствительных приборов.Тем не менее, единственный способ найти нефть или газ — это просверлить отверстие в резервуаре. В некоторых случаях нефтяные компании тратят многие миллионы долларов на бурение в перспективных районах только для того, чтобы найти сухие скважины. Долгое время большинство скважин пробурили на суше, но после Второй мировой войны бурение началось на мелководье с платформ, поддерживаемых опорами, которые опирались на морское дно. Позже были разработаны плавучие платформы, которые могли бурить на глубине 1000 м (3300 футов) и более. Крупные месторождения нефти и газа были обнаружены на шельфе: в США, в основном у побережья Мексиканского залива; в Европе, прежде всего в Северном море; в России — в Баренцевом и Карском морях; и у берегов Ньюфаундленда и Бразилии.Большинство крупных находок в будущем могут быть на шельфе.
Это увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в сочетании с продолжающейся потерей мировых лесов (которые поглощают углекислый газ) побудило многих ученых предсказать повышение глобальной температуры. Это повышение глобальной температуры может нарушить погодные условия, нарушить океанские течения, привести к более сильным штормам и создать другие экологические проблемы. В 1992 году представители более 150 стран собрались в Рио-де-Жанейро, Бразилия, и пришли к согласию о необходимости сокращения мировых выбросов парниковых газов.В 1997 году всемирные делегации снова собрались, на этот раз в Киото, Япония. Во время встречи в Киото представители 160 стран подписали соглашение, известное как Протокол Киото, в соответствии с которым 38 промышленно развитых стран должны ограничить выбросы парниковых газов до уровней, которые в среднем на 5 процентов ниже уровней выбросов 1990 года. выбросы ископаемого топлива для достижения этих уровней, промышленно развитые страны должны будут изменить структуру своей энергетики в сторону источников энергии, которые не производят столько углекислого газа, таких как природный газ, или на альтернативные источники энергии, такие как гидроэлектроэнергия, солнечная энергия, энергия ветра или ядерная энергия.
В то время как правительства одних промышленно развитых стран ратифицировали Киотский протокол, другие — нет, в том числе и США.
Нефть и газ также сильно сказались на промышленном рынке угля.Только расширяющийся рынок коммунальных услуг позволил добыче угля в Соединенных Штатах, например, оставаться относительно постоянным в период с 1948 по 1973 год. Даже на рынке коммунальных услуг, поскольку нефть и газ захватили большую долю, доля угля в общей энергетической картине резко снизилась в США. США, например, с половины до менее чем одной пятой. Однако резкий скачок цен на нефть после 1973 года дал углю значительное преимущество в стоимости для коммунальных предприятий и крупных промышленных потребителей, и уголь начал возвращать себе некоторые из потерянных рынков.В отличие от промышленно развитых стран, развивающиеся страны с большими запасами угля (такие как Китай и Индия) продолжают использовать уголь для промышленных целей и отопления.
Например, Закон о чистом воздухе требует, чтобы такие объекты, как угольные электростанции, сжигали уголь с низким содержанием серы. В 1990-х годах озабоченность по поводу возможного потепления на планете в результате парникового эффекта заставила многие правительства задуматься о политике сокращения выбросов углекислого газа, производимых при сжигании угля, нефти и природного газа.Во время быстрой индустриализации мира в XIX и XX веках уровни углекислого газа в атмосфере увеличились примерно на 28 процентов по сравнению с доиндустриальными уровнями.
Бензохол, например, представляет собой смесь бензина и спирта, изготовленную из сахаров, производимых живыми растениями. Хотя производство различных видов топлива из угля возможно, крупномасштабное производство топлива из угля, вероятно, будет ограничено высокими затратами и проблемами загрязнения, некоторые из которых еще не известны. Производство спиртового топлива в больших количествах, скорее всего, будет ограничено регионами, такими как части Бразилии, где сочетание дешевой рабочей силы и земли, а также продолжительный вегетационный период делают его экономичным.Таким образом, синтетическое топливо вряд ли в ближайшее время внесет важный вклад в мировое энергоснабжение.
Для обеспечения надежного электроснабжения от ядерного деления требуется добыча, переработка и транспортировка урана; обогащение урана (увеличение процентного содержания изотопа урана U-235) и упаковка его в соответствующую форму; строительство и обслуживание реактора и связанного с ним генерирующего оборудования; и обработка и захоронение отработавшего топлива.Эти действия требуют чрезвычайно сложных и интерактивных производственных процессов и множества специализированных навыков.Разработка простой и высокопроизводительной технологии для турбины
1 Разработка простой и высокопроизводительной технологии для турбины. ТАНИМИЦУ Харуюки: отдел передовых технологий, отдел исследований и разработок, авиационный двигатель и космические операции. НАКАМАТА Чиюки: доктор технических наук, отдел передовых технологий, отдел исследований и разработок, авиационный двигатель и Космические операции ФУДЗИМОТО Сю: Отдел технологии двигателей, Отдел исследований и разработок, Авиадвигатели и космические операции. АОКИ Ясухиро: доктор технических наук, Отдел технологий материалов, Отдел исследований и разработок, Авиадвигатели и космические операции ИШИЗАКИ Масато: Менеджер по развитию технологий производства Департамент производственно-технического центра, корпоративные исследования и разработки. Чтобы снизить прямые эксплуатационные расходы на экологически безопасный двигатель для небольших самолетов, была изучена турбина с более высокой нагрузкой без снижения производительности.Исследование было выполнено для управления ударной волной и осуществимости турбинной системы с противовращением. Аэродинамические характеристики проверены на стендовых испытаниях. Еще одним выдающимся достижением стали новые технологии охлаждения. Были две ключевые технические особенности: внутренняя система охлаждения с несколькими щелями и недавно разработанное отверстие для пленочного охлаждения для повышения эффективности пленки. Эти новые системы охлаждения прошли испытания на каскадной установке. Чтобы оценить применимость японских монокристаллических суперсплавов к недорогим лопаткам HPT, для лопаток HPT были проведены исследования слитков, процессов литья и термообработки суперсплавов.Процесс лазерного CVD был изучен как метод покрытия верхнего слоя TBC. Проведено пробное нанесение покрытий на лопатки турбин и разъяснены технические проблемы способа нанесения. 1. Введение При разработке экологически безопасного двигателя для малых самолетов (двигателя ECO) нашей основной целью является существенное снижение прямых эксплуатационных расходов, включая затраты на приобретение, техническое обслуживание и топливо. Для турбины, состоящей из многоступенчатых лопаток ротора и каскадов лопаток статора, а также других деталей, изготовленных в основном из дорогих материалов на основе никеля с большим удельным весом, требуются простые высокоэффективные методы проектирования для уменьшения количества ступеней и, следовательно, веса и стоимости при сохранении высокий КПД.Чтобы реализовать высоконагруженную одноступенчатую турбину высокого давления с высокими рабочими характеристиками, мы разработали технологии управления ударной волной и противовращение, которые должны позволить нам снизить взаимодействие между турбинами высокого и низкого давления. В качестве технологий охлаждения для реализации простой и эффективной турбины мы изучили конфигурацию многопозиционного охлаждения (1) и высокоэффективные пленочные отверстия (2). Конфигурации были оптимизированы с использованием CFD теплопередачи (вычислительная гидродинамика) и других методов анализа.Результаты проектирования были оценены, и использованные методы проектирования были подтверждены испытаниями на эффективность охлаждения. Некоторые анализы и тесты были проведены в сотрудничестве с JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований) и Токийским университетом сельского хозяйства и технологий. TMS-138, усовершенствованный монокристаллический суперсплав нового поколения с высокотемпературными прочностными характеристиками, превосходящими характеристики обычно используемых монокристаллических суперсплавов для крыльев турбин, был совместно разработан NIMS (Национальный институт материаловедения) и IHI.TMS-138 использовался в качестве испытательного образца, и были проведены исследования и разработки для снижения затрат и повышения технологичности TMS-138 при сохранении его характеристик. Чтобы оптимизировать производственные условия, мы разработали технологию формирования покрытия YSZ (стабилизированный оксидом иттрия) с использованием метода лазерного CVD (химического осаждения из паровой фазы) и прояснили технические проблемы, связанные с формированием TBC (термобарьерного покрытия) на лопатке турбины. В этом документе описываются результаты деятельности, проведенной в проекте двигателя ECO по разработке передовых технологий, касающихся аэродинамики, охлаждения, материалов и производства нового газотурбинного двигателя.20
2 2. Методы аэродинамического проектирования турбины 2.1 Технология управления ударными волнами на лопатках ротора турбины высокого давления Поскольку число Маха увеличивается в высоконагруженной турбине высокого давления, возникает ударная волна, вызывающая ухудшение аэродинамических характеристик, что мешает работе двигателя. турбина низкого давления, и потери взаимодействия увеличиваются. Управление ударной волной — ключ к снижению потерь на взаимодействие.Чтобы определить форму аэродинамического профиля, которая позволяет нам уменьшить потери на ударных волнах лопастей несущего винта, четыре формы аэродинамического профиля были экспериментально разработаны посредством анализа CFD путем изменения интенсивности ударной волны, возникающей между лопастями. На рис. 1 показано распределение числа Маха на поверхности профиля каждой формы профиля. Из этого рисунка видно, что замедление на стороне всасывания за пиковым числом Маха зависит от формы профиля. На основе этих четырех форм профиля были спроектированы и изготовлены пять различных профилей.Поверхности каждого аэродинамического профиля имеют охлаждающие отверстия для имитации реальных конфигураций турбины. Аэродинамический профиль Типа I и II — это базовые профили, Тип III и IV — крыловые профили A и B, управляемые ударными волнами, и Тип V — это крыловой профиль, имеющий большую толщину задней кромки. В таблице 1 перечислены эти пять типов профилей. Тип I Тип II Тип III Тип IV Тип V Форма аэродинамического профиля Базовый профиль Базовый профиль Аэродинамический профиль, управляемый ударной волной A Профиль, управляемый ударной волной B Профиль, имеющий большую толщину задней кромки Таблица 1 Пять типов аэродинамического профиля Положение охлаждающих отверстий Расположены охлаждающие отверстия ближе к передней кромке.Охлаждение отверстия вокруг задней кромки расположены на стороне нагнетания поверхности аэродинамического профиля вблизи задней кромки. Самый задний ряд охлаждающих отверстий на стороне всасывания расположен дальше, чем у типа I. Охлаждающие отверстия вокруг поверхности задней кромки расположены в том же положении, что и у типа I. То же, что у типа I То же, что у типа I. Отверстия для охлаждения на поверхности со стороны всасывания расположены в том же положении, что и у типа I. Отверстия для охлаждения вокруг поверхности задней кромки расположены посередине задней кромки.(a) Базовый профиль (b) Профиль A, управляемый ударной волной, Число Маха, Число Маха Длина хорды (%) Длина хорды (%) (c) Профиль B, управляемый ударной волной (d) Профиль, имеющий большую толщину задней кромки, Число Маха Число Маха, Хорда длина (%) Длина хорды (%) Рис.1 Распределение числа Маха на поверхности профиля 21
3 Характеристики каждого профиля были измерены в высокоскоростной аэродинамической трубе для двумерных каскадов, которые позволяют проводить измерения в области высоких чисел Маха.На рисунке 2 показан внешний вид каскада для испытания в высокоскоростной аэродинамической трубе. На рис. 3 показаны общие давления, измеренные пройденным зондом в середине пролета и на выходе из каскада; общие давления выражаются как нормализованные коэффициенты потерь относительно чисел Маха на выходе. На рис. 4 показаны общие давления, выраженные в силе ударной волны. На рис. 5 показаны распределения коэффициента потерь относительно числа Маха на выходе в случае изменения положения охлаждающих отверстий на поверхности со стороны всасывания базовой формы аэродинамического профиля.Из рис. 3 и 4 видно, что, хотя аэродинамические характеристики профиля I типа стабильны в дозвуковых и околозвуковых диапазонах скоростей, потери и сила ударной волны увеличиваются в областях с высокими числами Маха. Хотя потери типа III невелики в области высоких чисел Маха, они резко возрастают в дозвуковых и околозвуковых диапазонах скоростей. Кроме того, в области высоких чисел Маха, равных 1,3 или более, ударная сила ударной волны PS нижний / PS пик: Тип I: Тип III: Тип IV: Тип V (Примечание) PS нижний: Статическое давление сразу после возникновения ударной волны PS пик: Статическое давление непосредственно перед возникновением ударной волны Рис.4 Ударная вязкость по типам профиля: Тип I: Тип II Число Маха на выходе Нормализованный коэффициент потерь Число Маха на выходе Рис. 5 Изменение коэффициента потерь при различном положении охлаждающего отверстия на стороне всасывания профиля Нормализованный коэффициент потерь 2,0: Тип I: Тип III: Тип IV : Тип V Рис. 2 Испытанный профиль Число Маха на выходе Рис. 3 Нормированный коэффициент потерь по типам профиля Волновая прочность Типа III больше, чем у Типа IV. Тип IV имеет наиболее стабильную работу; не наблюдается значительных потерь в диапазоне выходных чисел Маха, от которого до предполагаемого диапазона работы двигателя, и не наблюдается резкого увеличения силы ударной волны.Хотя ожидалось, что тип V сможет ослабить след, продувая охлаждающий воздух из центра задней кромки, потери и сила ударной волны быстро увеличиваются, поскольку толщина задней кромки в области с высоким числом Маха больше, чем у других типы. Рисунок 5 показывает, что потери меньше при числах Маха на выходе, равных или больше для типа I, по сравнению с типом II, у которого расположение охлаждающих отверстий на поверхности на стороне всасывания близко к передней кромке. Как ясно из вышеизложенного, тип IV имеет стабильные аэродинамические характеристики аэродинамического профиля, поскольку сила ударной волны ограничена во всем рабочем диапазоне двигателя по сравнению с другими типами.Это указывает на то, что форма крыла типа IV идеально подходит для лопасти несущего винта 22
4 высоконагруженной турбины высокого давления. Также было обнаружено, что для высоконагруженного аэродинамического профиля турбины высокого давления положение охлаждающего отверстия на стороне всасывания влияет на потери, в частности, аэродинамические характеристики аэродинамического профиля хуже, если охлаждающий воздух выдувается в областях с высокими числами Маха. Технология встречного вращения Если степень давления, достигаемая с помощью двухступенчатой турбины традиционной конструкции, пытаются достичь высоконагруженной одноступенчатой турбиной высокого давления, завихрение (тангенциальная составляющая скорости) обычно остается на выходе из турбины высокого давления.Вращение турбин высокого и низкого давления в противоположных направлениях называется встречным вращением. Встречное вращение — многообещающая технология, которая позволяет эффективно использовать завихрение на выходе из турбины высокого давления для снижения потерь, вызванных взаимодействием между турбинами высокого и низкого давления. Для апробации данной технологии выполнены конструкции лопаток статора и лопатки ротора турбины высокого давления с лопаткой статора первой ступени турбины низкого давления. Анализ нестационарного CFD для 1,5 ступеней проводился для турбин высокого и низкого давления с противовращением.В результате было подтверждено, что взаимодействие может быть уменьшено. (3) Турбина высокого давления и лопатка статора первой ступени турбины низкого давления были спроектированы и изготовлены, и их производительность была оценена путем проведения испытаний вращения 1,5-ступенчатой турбины. Для лопатки статора первой ступени турбины низкого давления использовались две конфигурации вращения для измерения эффекта встречного вращения: конфигурация встречного вращения и традиционно используемая конфигурация совместного вращения. На рис. 6 показаны формы поперечного сечения этих лопаток статора и лопатки ротора в среднем пролете.Следует отметить, что угол поворота лопатки статора первой ступени турбины низкого давления, испытанной в конфигурации встречного вращения, меньше, чем угол поворота лопатки статора первой ступени, испытанной в конфигурации совместного вращения. На рис. 7 показано поперечное сечение модели вращающегося испытательного стенда с 1,5-ступенчатой турбиной, а на рис. 8 — смонтированный на испытательном стенде модуль высокого давления. В этом испытании был смоделирован выброс охлаждающего воздуха, необходимого для работы турбины высокого давления, для оценки характеристик турбины.В 1,5-ступенчатом испытании на вращение было проведено отображение характеристик турбины высокого давления, а также проведены аэродинамические измерения на выходе из турбины высокого давления и на выходе лопатки статора первой ступени турбины низкого давления для оценки взаимодействие. На рисунке 9 показана диаграмма рабочих характеристик турбины высокого давления. Эффективность, полученная при измерениях, примерно на несколько пунктов выше проектной цели, что указывает на то, что была продемонстрирована технология проектирования высокопроизводительной одноступенчатой турбины с высокой нагрузкой.На рисунке 10 сравнивается распределение коэффициента потерь для лопатки статора первой ступени турбины низкого давления в конфигурации встречного вращения и в конфигурации совместного вращения. Потери лопатки статора в конфигурации встречного вращения намного меньше, чем потери лопатки статора в конфигурации совместного вращения, за исключением области кончика. На рисунке 11 сравниваются измерения, проведенные на выходе лопатки статора лопатки ротора турбины низкого давления HPT лопатка статора LPT лопатка статора LPT Положение измерения (a) Конфигурация совместного вращения Рис.7 Поперечное сечение турбинной установки Лопатка статора ВДТ Лопатка ротора ВДЛ Лопатка статора ТНД Лопатка ротора турбины высокого давления (b) Конфигурация встречного вращения Лопатка ротора ВДП Лопатка статора ТНД (Примечание) Лопатка статора ВДД: турбина высокого давления LPT: Низкое турбина высокого давления Рис. 6 Сечения профиля первого сопла ТНД и ТНД Рис. 8 Установленные модули ТНД 23
5: Расчетная точка: 110% Nc: 90% Nc: 100% Nc: 80% Nc: Преобразование в расчетные условия (100% Nc) Боковая стенка наконечника (a) Конфигурация совместного вращения: Совместное вращение (нестабильная CFD): Совместное вращение (измерение) КПД 1% баллов Безразмерная высота аэродинамического профиля Боковая стенка ступицы Коэффициент потерь w Коэффициент давления турбины высокого давления: PT41 / PT45 (Примечание) PT41: полное давление на входе турбины высокого давления PT45 : Полное давление на выходе турбины высокого давления Nc: скорректированная частота вращения 4.2 Боковая стенка наконечника (b) Конфигурация встречного вращения: Противовращение (нестабильная CFD): Противоположное вращение (измерение) Боковая стенка наконечника Безразмерная высота аэродинамического профиля Боковая стенка ступицы Рис. коэффициент w = (PT45 — PT47) / (PT47 — PS47) (Примечание) PT47: Общее давление на выходе из лопатки статора LPT PS47: Статическое давление на выходе из лопатки статора LPT Рис.10 Коэффициент потерь лопатки статора LPT результаты нестационарного анализа CFD для 1.5 этапов. Поскольку результаты анализа CFD хорошо согласуются с результатами испытаний, было подтверждено, что анализ CFD, выполненный в этом исследовании, был подтвержден. На рисунке 12 сравнивается коэффициент потерь на лопатке статора турбины низкого давления, полученный с помощью нестационарного анализа CFD, с коэффициентом, полученным с помощью постоянного анализа CFD. Поскольку считается, что разница между потерями от нестационарного CFD-анализа и постоянного CFD-анализа вызвана интерференцией между каскадами, из рис.12 видно, что потери, вызванные взаимодействием между потоком турбины высокого давления и лопаткой статора первой ступени турбины низкого давления, могут быть уменьшены за счет применения встречного вращения. (4) Безразмерная высота аэродинамического профиля Боковая стенка ступицы Боковая стенка наконечника Безразмерная высота аэродинамического профиля Боковая стенка ступицы Коэффициент потерь w Рис.11 Сравнение CFD и измерений: Совместное вращение (неустойчивое CFD): Совместное вращение (устойчивое CFD): Противовращение (нестационарное CFD): Противовращение (устойчивое CFD) Потери на взаимодействие (совместное вращение) Потери на взаимодействие (противовращение) Коэффициент потерь w Результаты 1.5-ступенчатые испытания на вращение и CFD-анализ, описанные выше, демонстрируют характеристики одноступенчатой турбины с высокой нагрузкой и высоким давлением. То, что вращение счетчика может уменьшить взаимодействия, было подтверждено на основе результатов анализа CFD, которые были подтверждены на основе данных испытаний, что указывает на то, что мы успешно продемонстрировали вращение счетчика. Рис. 12 Потери взаимодействия на лопатке статора LPT 24
6 технология, необходимая для проектирования высоконагруженной одноступенчатой турбины высокого давления.3. Технология проектирования охлаждения турбины 3. 1 Конфигурация охлаждения с несколькими прорезями Внутренняя структура аэродинамического профиля турбины для небольшого двигателя должна быть простой, и следует по возможности избегать сложной системы охлаждения. Например, конструкция с двойной стенкой, которая изготавливается путем встраивания вставок внутрь аэродинамического профиля, обычная конфигурация охлаждения, часто применяемая к лопаткам статора турбины, делает производство сложным и трудным, особенно если размер аэродинамического профиля небольшой. В рамках этого исследования для упрощения системы охлаждения была разработана конфигурация охлаждения с несколькими щелями, подходящая для охлаждения лопатки статора турбины небольшого двигателя.Как показано на рис. 13, эта конфигурация охлаждения с множеством щелей имеет несколько щелей, образованных ребрами, расположенными ступенчато внутри аэродинамического профиля. После того, как охлаждающий воздух поступает внутрь аэродинамического профиля из входного отверстия, он проходит через каждую щель и создает высокий коэффициент теплопередачи, особенно в точке поворота потока, что позволяет эффективно охлаждать внутреннюю поверхность аэродинамического профиля. Кроме того, поскольку конфигурация охлаждения с множеством щелей не требует таких деталей, как вставки, конфигурация охлаждения с несколькими пазами может использоваться для аэродинамического профиля, имеющего очень трехмерную форму, которая изгибается в направлении пролета.По результатам основных тестов производительности охлаждения, проведенных на ранних этапах разработки, было подтверждено, что конфигурация охлаждения с несколькими слотами может обеспечить достаточно высокую эффективность охлаждения в условиях тестирования. (1) Чтобы проверить эффективность охлаждения этой многослотовой конфигурации охлаждения в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации, были проведены испытания охлаждающего сопла в том же масштабе, что и у реального двигателя, с использованием испытательной установки секторного каскада, показанной на Рис. 14, имитирующий реальную рабочую среду.На рис. 14 в центре каскада видна лопатка статора, спроектированная с многощелевой системой охлаждения. На рис. 15 показан внешний вид проверенной охлаждаемой лопатки. Цели этого исследования включают в себя не только проверку лопатки статора для испытания Рис. 14 Каскадная установка с кольцевым сектором, проверка эффективности охлаждения многослотовой конфигурации охлаждения, но также проверка того, может ли турбина, спроектированная с многопозиционной конфигурацией охлаждения, быть изготовлена с использованием существующей точности техника литья и обработки.Создав прототип литого аэродинамического профиля для обеспечения каскадных испытаний, было подтверждено, что конфигурация охлаждения с несколькими щелями, подходящая для трехмерного аэродинамического профиля, показанного на рис. 15, может быть изготовлена с использованием существующих технологий производства при затратах, эквивалентных затратам. стоимость традиционных конфигураций охлаждения. На рис. 16 показано распределение температуры поверхности профиля и эффективность охлаждения на среднем сечении, полученные в результате каскадных испытаний. Распределение температуры поверхности профиля, показанное на этом рисунке, было измерено с помощью системы визуализации инфракрасного излучения и измерены абсолютные значения Ребристые турбулизаторы Охлаждающий воздух Ребра Пазы Ребристый турбулятор Задняя кромка Передняя кромка Рис.13 Схема многопозиционного внутреннего охлаждения Рис.15 Фотография многопозиционной охлаждаемой лопатки 25
7 (a) Передняя кромка аэродинамического профиля Сторона давления (вокруг задней кромки) Наконечник Отслаивание краски (b) Сторона давления аэродинамического профиля Наконечник (c) Сторона всасывания аэродинамического профиля Наконечник Задняя кромка Передняя кромка Передняя кромка Задняя кромка Ступица Ступица Ступица Передняя кромка Сторона нагнетания Сторона всасывания (d) Эффективность охлаждения в среднем сечении Задняя кромка Передняя кромка Задняя кромка Сторона нагнетания аэродинамического профиля Сторона всасывания аэродинамического профиля Эффективность охлаждения: Конструкция: Измерение Безразмерное расстояние Рис.16 Измеренные поверхностные температуры на поверхностях лопастей были откалиброваны с использованием температуры, измеренной термопарой, установленной на поверхности профиля. Распределение указывает на то, что температуры поверхности практически однородны. Хотя локальные горячие точки не наблюдаются, следует отметить, что температура вокруг торца на задней кромке профиля несколько выше, чем на других частях. Это более заметно на стороне всасывания, чем на стороне нагнетания. Возможная причина — эффект вторичного потока, возникающего между лопатками.Согласно теории вторичного потока, вихри, вызванные вторичным потоком, постепенно увеличиваются вокруг торцевых стенок между лопатками, и
(. 4) | — Pandia.ru
Многие ученые люди Европы начали использовать новое слово «электричество» в своей беседе, так как они занимались собственными исследованиями. Свой вклад внесли ученые России, Франции и Италии, а также англичане и немцы.
ТЕКСТ 12
ИЗ ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Существует два типа электричества: электричество в состоянии покоя или в статическом состоянии и электричество в движении, то есть электрический ток.Оба они состоят из электрических зарядов, статические заряды находятся в покое, а электрический ток течет и работает. Таким образом, они различаются по своей способности служить человечеству, а также по своему поведению.
Статическое электричество было единственным электрическим явлением, которое наблюдал человек в течение долгого времени. По крайней мере 2500 лет назад греки знали, как получить электричество, натирая вещества. Однако электричество, получаемое при трении предметов, нельзя использовать для зажигания ламп, кипячения воды, работы электропоездов и так далее.Обычно это очень высокое напряжение, и его трудно контролировать, к тому же он мгновенно разряжается.
Еще в 1753 году Франклин внес важный вклад в науку об электричестве. Он первым доказал, что разнородные заряды возникают из-за трения разнородных предметов. Чтобы показать, что заряды разные и противоположные, он решил назвать заряд на резине отрицательным, а заряд на стекле — положительным.
В этой связи можно вспомнить русского академика В.В. Петров. Он был первым, кто проводил эксперименты и наблюдения по электризации металлов путем их трения друг о друга. В результате он стал первым ученым в мире, решившим эту проблему.
Вольт. Открытие электрического тока появилось в результате экспериментов Гальвани с лягушкой. Гальвани заметил, что ноги мертвой лягушки подскакивали от электрического заряда. Он пробовал свой эксперимент несколько раз и каждый раз получал один и тот же результат. Он думал, что электричество генерируется внутри самой ноги.
Вольта начал проводить аналогичные эксперименты и вскоре обнаружил, что источник электричества находится не в ноге лягушки, а является результатом контакта обоих разнородных металлов, использованных во время его наблюдений. Однако проводить такие эксперименты было непросто. Следующие несколько лет он провел, пытаясь изобрести источник постоянного тока. Чтобы усилить эффект, полученный с одной парой металлов, Вольта увеличил количество этих пар. Таким образом, гальваническая свая состояла из слоя меди и слоя цинка, помещенных один над другим, а между ними был слой фланели, смоченной в соленой воде.Проволока была подключена к первому диску из меди и к последнему диску из цинка.
1800 год — это дата, которую следует помнить: впервые в истории мира возник непрерывный ток.
Вольта родился в Комо, Италия, 18 февраля 1745 года. Несколько лет он был учителем физики в своем родном городе. Позже он стал профессором естественных наук Университета Павии. После своего знаменитого открытия он путешествовал по многим странам, среди которых Франция, Германия и Англия.Его пригласили в Париж для чтения лекций о недавно открытом химическом источнике непрерывного тока. В 1819 году он вернулся в Комо, где провел остаток своей жизни. Вольта умер в возрасте 82 лет.
Текст 13
Природа электричества
Первое зарегистрированное наблюдение электричества было сделано древнегреческим философом Фалесом. Он заявил, что натертый мехом кусок янтаря привлекал легкие предметы. Но прошло более 22 веков, прежде чем Галилей и другие ученые начали изучение магнетизма и электрических явлений.
Было хорошо известно, что не только янтарь, но и многие другие вещества после протирания ведут себя как янтарь i. е. можно электрифицировать. Было обнаружено, что любые 2 разнородных вещества, вступившие в контакт, а затем разделенные, наэлектризовались или приобрели электрические заряды.
В 19 веке представление о природе электричества полностью изменилось. Атом считался окончательным подразделением материи. Сегодня атом рассматривается как электрическая система.В этой электрической системе есть ядро, содержащее положительно заряженные частицы, называемые протонами. Ядро окружено более легкими отрицательно заряженными электронами. Итак, самая важная составляющая материи состоит из электрически заряженных частиц. Материя нейтральна и не производит электрических эффектов, если имеет одинаковое количество обоих зарядов.
Но когда количество отрицательных зарядов отличается от количества положительных, материя будет производить электрические эффекты. Потеряв часть своих электронов, атом имеет положительный заряд: при избытке электронов он имеет отрицательный заряд.
ТЕКСТ 14
АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Электричество играет настолько важную роль в современной жизни, что для того, чтобы получить его, люди сжигают миллионы тонн угля. Уголь сжигают, а не в основном используют как источник ценных химических веществ, которые в нем содержатся. Поэтому поиск новых источников электроэнергии — важнейшая проблема, которую пытаются решить ученые и инженеры.
Импорт данных САПР с помощью Datasmith> ENGINEERING.com
Недавно мы рассмотрели Unreal Studio * от Epic Games, рабочий процесс Unreal Engine, предназначенный для помощи дизайнерам, архитекторам и инженерам продуктов в создании потрясающих презентаций для передачи своих идей.
Тем, кому нужно напоминание, Unreal Engine наиболее известен как игровой движок, который использовался для создания таких игр, как Unreal Tournament и, совсем недавно, Fortnite .
В нашей предыдущей статье мы упоминали, что Unreal Engine нашел последователей в основном в областях архитектуры и проектирования продуктов, а инженерные приложения отошли на второй план.
Что ж, Epic Games также хотела бы, чтобы вы, инженеры, испытали радость рендеринга в реальном времени, и поэтому мы будем работать с компанией, чтобы предоставить вам эту серию из четырех частей, объясняющую, как вы можете импортировать свои инженерные данные САПР в Unreal Engine ( через Unreal Studio), создавайте привлекательные сцены презентаций, а затем экспортируйте готовый продукт для собственного удовольствия и удовольствия ваших клиентов от просмотра.
В конце этой серии вы сможете насладиться преимуществами рендеринга в реальном времени, которые предлагает Unreal Engine — все это упаковано в удобную для геймеров среду, которой является сам Unreal Engine.
Unreal Studio Beta теперь доступна бесплатно, поэтому, если у вас ее еще нет, щелкните по этой ссылке, чтобы получить ее, или ознакомьтесь с нашей предыдущей статьей, чтобы получить дополнительные сведения о том, где получить программное обеспечение, а также инструкции о том, как установить его.
Поехали!
Прежде чем мы начнем с функций Datasmith, давайте рассмотрим некоторые термины, которые помогут нам ориентироваться в Unreal Editor. Кроме того, если вы пробуете это дома, вы можете положиться на Unreal Engine Online Learning, чтобы получить бесплатное обучение и узнать больше об инструментах и рабочем процессе.
Когда вы загружаете Unreal Editor из Epic Games Launcher, вы увидите экран Project Browser (см. Рисунок 1). Отсюда вы можете выбрать шаблон Unreal Studio.
Рис. 1. Обозреватель проектов в редакторе Unreal Editor.
Мы рассмотрели программу просмотра продуктов в прошлой статье. На этот раз мы хотим использовать пустой шаблон, который позволит нам выполнить процесс настройки с нуля.
Двойной щелчок по пустому шаблону загрузит Unreal Editor, после чего вы увидите клетчатый план этажа.Это наш этаж, куда все уйдет.
Познакомимся с расположением экрана.
Рисунок 2. Главный экран и окно просмотра Unreal Editor.
В центре экрана находится основное окно просмотра . Здесь вы будете строить свой мир, сбрасывать модели и выполнять всю графическую работу. Справа находится World Outliner, в котором вы увидите файловые структуры модели, а также другую информацию об «актерах», такую как освещение, атмосферные эффекты и так далее.В Unreal Editor вы можете выбрать актеров, щелкнув по ним в окне просмотра, или прокрутите вниз World Outliner, чтобы найти отдельные компоненты.
Когда вы щелкаете по компоненту с помощью любого из этих методов, сведения об этом актере будут отображаться на панели Details под панелью World Outliner.
Подробная информация включает местоположение актера, которым вы можете управлять с помощью меню Transform (см. Рисунок 3), которое содержит данные координат в осях X- / Y- / Z, а также информацию о вращении и масштабировании, которые вы можете использовать для перемещения и масштабирования.
Рисунок 3 — Меню преобразования Unreal Editor (изображение любезно предоставлено Epic Games).
Щелчок по любому из акторов вызовет набор красных / синих / зеленых стрелок на вашей модели в окне просмотра, как показано на рисунке 4. Эти стрелки называются виджетами, и, манипулируя ими, вы можете управлять преобразованием, вращение или масштабирование в самом окне просмотра.
Рисунок 4. Стрелки виджета Transform, которые можно перетаскивать для перемещения ваших ресурсов во вьюпорте. Цвета стрелок соответствуют осям, отображаемым в меню «Преобразование».Вы можете узнать больше о трансформации актеров по этой ссылке.Элементы управления
Вы можете использовать мышь, чтобы перемещаться по камере и осматриваться в окне просмотра. Элементы управления мышью показаны на рисунке 5.
Рисунок 5. Элементы управления мышью для навигации по области просмотра. (Изображение любезно предоставлено Epic Games.)
И поскольку это игровой движок, вы также можете перемещаться с помощью клавиш WASD, как и в вашем любимом шутере от первого лица. Чтобы использовать метод управления WASD, просто удерживайте правую кнопку мыши нажатой и нажимайте клавиши WASD для навигации.
Контент-браузер
Внизу экрана под окном просмотра вы увидите панель Content Browser.
Когда вы импортируете ресурсы в Unreal Editor, они будут отображаться в этой области, и вы можете перетащить их в окно просмотра. Для этого вы можете импортировать их из меню «Файл» в верхней части экрана или импортировать их с помощью параметра «Импорт» в самом контент-браузере. Все импортированное содержимое проекта находится в этой области. Вы можете увидеть пример на рисунке 6.
Рисунок 6. Контент-браузер.
Теперь у вас есть основы навигации по Unreal Editor. Давайте приступим к импорту контента.
Специалист по обработке данных
Тогда хорошо.
В этой первой статье мы будем использовать файлы SOLIDWORKS и SketchUp в качестве исходных данных САПР, чтобы показать вам, как импортировать с использованием двух разных методов импорта Datasmith. Когда вы познакомитесь с этими двумя методами, вы сможете применить один и тот же метод к разным файлам САПР в зависимости от того, какой тип файла вы используете.
Файлы САПР, совместимые с Datasmith, перечислены на рис. 7 вместе с подробными сведениями о функциях каждого типа файлов.
Рис. 7. Совместимые типы файлов САПР. (Изображение любезно предоставлено Epic Games.)
Выберите файл САПР
Из списка на рисунке 7 вы можете заметить, что файлы, поступающие из программного обеспечения, такого как SOLIDWORKS или Autodesk Inventor, используют так называемый собственный рабочий процесс. Это просто означает, что вы можете экспортировать эти файлы в их исходном типе файлов из соответствующих программ, а также импортировать их с помощью Datasmith без дальнейшего преобразования или обработки.
И наоборот, на рисунке 7 вы можете видеть, что программное обеспечение, такое как SketchUp или Autodesk 3ds Max, использует тип рабочего процесса надстройки экспорта. Это означает, что вам необходимо загрузить соответствующий плагин для каждого соответствующего программного обеспечения из средства запуска Epic Games.
Позже в этой статье мы кратко рассмотрим, как экспортировать из SketchUp с помощью подключаемого модуля Datasmith exporter для SketchUp.
Экспорт и импорт
Прежде всего, давайте взглянем на экспорт и импорт файлов SOLIDWORKS, потому что это популярная инженерная платформа САПР, которую используют многие наши читатели.
Для нашей сцены презентации мы хотим по-настоящему продемонстрировать возможности рендеринга Unreal Engine, и нам особенно интересно увидеть, какая часть информации передается из SOLIDWORKS в Unreal Engine.
Согласно Epic Games, внешний вид материалов и освещение можно импортировать из SOLIDWORKS в Unreal Engine.
Для работы с моделью, изготовленной из нескольких различных материалов, мы использовали эту модель Mercedes AMG GT 2015 года выпуска. Особая благодарность Юсуфу Бувангузи за то, что он позволил нам использовать его модель для этой статьи (посмотрите его работу — она потрясающая).
Это красивый автомобиль, в нем есть несколько кусочков матовой резины, немного хрома, тонированные стекла и немного краски для распыления, поэтому он должен оставаться впечатляющим, когда мы импортируем его с помощью Datasmith. Модель в SOLIDWORKS показана на рисунке 8.
Рисунок 8. Наша модель в SOLIDWORKS.
Как уже упоминалось, SOLIDWORKS использует собственный рабочий процесс типа , поэтому экспорт из программного обеспечения выполняется легко. Просто сохраните как файл SLDPRT или SLDASY, и готово.
Замечательная особенность Unreal Studio — это возможность импортировать файлы сборки (например, файлы SLDPRT).При импорте файла сборки из SOLIDWORKS, PTC Creo или Siemens NX структура сборки сохраняется при импорте в Unreal Studio. В нашей модели Mercedes мы сконструировали передние колеса и тормоза в сборе как фактические сборочные компоненты и экспортировали из SOLIDWORKS в виде файла SLDASY.
Для этого теста мы открыли пустой шаблон Unreal Studio, в который нужно импортировать автомобиль.
Импорт с Datasmith достаточно прост. Когда Unreal Editor открыт, просто найдите значок Import Datasmith на верхней ленте, щелкните стрелку, чтобы развернуть меню, и выберите Import CAD из раскрывающегося меню, как показано на рисунке 9.
Рисунок 9. Верхняя лента. Здесь вы выполняете импорт с помощью Datasmith.
Это момент, когда Датасмит начинает творить свою магию.
После того, как вы выберете файл САПР, который хотите импортировать, вам будет представлено окно параметров импорта Datasmith с некоторыми вариантами того, какой тип данных вы хотите импортировать, а также с параметрами для управления геометрией и тесселяцией, пример которых можно увидеть на рисунке 10.
Некоторые из этих параметров могут различаться в зависимости от типа импортируемых данных Datasmith.В случае маршрута импорта САПР вам будут предложены параметры для допуска хорды, максимальной длины кромки и нормального допуска .
Рис. 10. Параметры импорта Datasmith для файлов САПР.
Чтобы помочь вам понять, что происходит, когда вы попробуете сами, вот краткое описание того, что делают эти варианты тесселяции:
- Допуск хорды устанавливает максимальное расстояние между любой точкой в созданном треугольнике и исходной поверхностью.
- Макс. Длина ребра устанавливает максимальную длину любого ребра в любом созданном треугольнике.
- Нормальный допуск устанавливает максимальный угол между любыми смежными треугольниками, созданными на поверхности.
В инженерных файлах обычно используется много поверхностей на основе кривых, и наличие этих параметров, доступных во время импорта, позволяет вам управлять параметрами процесса тесселяции, поскольку Datasmith преобразует эти кривые поверхности в треугольные сетки.
Очевидно, что для более подходящей сетки требуется больше треугольников, что также увеличивает использование вычислительных ресурсов (и хранилища), и, наоборот, более грубая сетка более экономична, но не так точна. Мы увеличили грубость, и конечный результат выглядит просто отлично.
Имейте в виду, что это игровой движок, а не точная инженерная операция CAM. В такой точности здесь действительно нет необходимости. Не бойтесь уменьшать количество треугольников .
Как предотвратить заболевание ОРВИ у ребенка. Какие меры профилактики наиболее действенны. Что делать, если ребенок все-таки заболел ОРВИ. Какие средства помогут быстрее справиться с вирусной . . .
Какие виды бандажей для беременных бывают. Как правильно подобрать и носить бандаж во время беременности. Когда нужно начинать использовать бандаж. Какие есть показания и противопоказания . . .