Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3




Практическое применение магнитной воды основано на эффектах, которые никаким другим методом сделать нереально. Приведем самое обычное применение. Достаточно нередко различные воды употребляются в технике для передачи силы либо энергии. К примеру, ковш Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 маленького экскаватора приводится в действие давлением масла, поступающего в гидроцилиндры. Главные элементы гидравлической техники это краны, вентили, золотники и клапаны, способные в подходящий момент прерывать либо, напротив, разрешить течение воды. Ни один кран надежным именовать Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 нельзя, его детали подвержены износу. Магнитные воды могут перекрывать канал либо регулировать расход воды, также поменять направление ее потока в трубопроводе см. рис. 1 .





Рис. 1 Клапан с внедрением магнитной воды.


В расширенную Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 часть трубы с помощью наружного магнита вводят и задерживают там магнитную жидкость. Она играет роль перекрывающего клапана; один канал закрыт, и жидкость по нему не протекает. Если при помощи магнита перевести Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 магнитную жидкость в другой канал трубопровода и перекрыть его, освободится 1-ый.

Таким же образом можно регулировать поток воды в трубопроводе, за ранее установив на данном участке трубы электромагнит и введя маленькое количество Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 магнитной воды. Так как труба размещена вертикально, водянистая среда, накапливающаяся над магнитно-жидкостным клапаном, удерживается до определенного уровня. Как он будет превышен, клапан под действием силы тяжести начнет отрываться, и жидкость будет проникать Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 вниз. Особенность устройства заключается в том, что после пробоя вниз проходит только лишная часть воды, а определенный ее объем удерживается над клапаном.

Очередной вариант использования магнитных жидкостей. Инженеры считают, что автомобиль Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 может обойтись без коробки, если на вал мотора поставить маховик и краткосрочно, сотки раз за секунду, подключать мотор к колесам. Но все пробы сделать такую систему (ее именуют импульсной передачей) наталкивались на Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 низкую долговечность переключающего устройства. Магнитно–жидкостные муфты сцепления фактически не изнашиваются и позволяют сделать автомобиль с очень низким расходом горючего. Не считая того магнитная жидкость, на базе машинных масел либо смазочно-охлаждающих материалов, служит Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 красивым герметизатором в различного рода уплотнениях, подшипниках трения и качения, сложных узлах станков и машин. Установленные по периметру уплотнения мелкие магниты не позволят воды вытекать из зазора, работоспособность устройства возрастает в Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 5 раз! Магнитные воды можно также использовать для закрепления деталей при обработке, см. рис.2.





Рис. 2 Магнитная жидкость применяется для комфортного, временного

закрепления деталей.


Можно создать устройство, которое будет конвертировать энергию колебательного движения в электронную. Оно Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 представляет собой катушку, снутри которой находится ампула с магнитной жидкостью см. рис 4.





Рис. 3. Установка для преобразования механической энергии в электронную


Мельчайший толчок либо изменение наклона приводит к перетеканию воды, а означает, и к Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 изменению магнитного потока. Катушка соединена с накопителем энергии ( данном случае с конденсатором) через выпрямитель. Развиваемое напряжение находится в зависимости от числа витков катушки.

Когда обыденные смазочно-охлаждающие воды и Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 методы их подачи неприменимы, магнитные воды можно использовать в механизированном и ручном инструменте, в замкнутом изолированном пространстве и других особенных критериях. По механизму воздействия на процесс резания магнитные воды подобны смазочно-охлаждающим материалом, но в Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 зону резания их можно подавать магнитным полем. Под его воздействием увеличивается смачиваемость и усиливается расклинивающее давление, интенсифицируется смазочное действие, потому что улучшаются условия проникания магнитной воды на поверхности контакта.

Магнитные воды Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 оказывают более сильное охлаждающее действие, потому что по теплоемкости и теплопроводимости превосходят все смазочно- охлаждающие материалы. При сверлении отверстий в титановых и дюралевых сплавах немагнитная стружка, смазанная магнитной жидкостью, притягивалась к намагниченному Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 сверлу и просто удалялась из отверстия. Это явление позволяет собирать остатки немагнитных металлов и абразивной пыли, образуемой при шлифовке поверхности.


^ Топливные элементы
Костылев А.


Научный управляющий: к.ф-м.н., доцент, Трегубченко А Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3. В.

Костылев Александр –

студент группы 1Т2

специальности 1705

«Техническое обслу-

живание и ремонт авто-

мобильного транспорта».

Техникой увлекается

не так давно. Хорошо вы-

полняет порученные ему

задания, напористый., неотклонимый и актив-ный. Обладает Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 компьютерной техникой.




Топливные элементы (ТЭ) относятся к хим источникам энергии, в каких энергия хим реакций конкретно преобразуется в электронный ток. Как понятно, есть три типа хим источников тока:
– гальванические элементы (ГЭ) (разовое внедрение Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3),
– аккумуляторные батареи (АБ) (многоразовое внедрение);
– топливные элементы (вырабатывающие ток по мере подачи реагентов).

Их еще именуют химическими генераторами.
1-ые два типа источников тока известны довольно отлично и обширно употребляются, чего нельзя сказать Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 о ТЭ, которые эксплуатируются в главном пока на галлактических аппаратах, хотя область вероятного их внедрения существенно обширнее, чем у ГЭ и АБ. Она определяется критериями протекания хим реакции, основными чертами и конструктивными Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 особенностями ТЭ.

В отличие от аккумуляторных батарей (которые являются вторичными источниками энергии) ТЭ не требуют перезарядки. Составляющие реакции в их заблаговременно не закладываются, как это имеет место в ГЭ, которые после Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 израсходования компонент приходится выкидывать. В ТЭ горючее и окислитель подаются при необходимости, т.е. тогда, когда нужен электронный ток.

Типовой ТЭ имеет два электрода – анод и катод, разбитые электролитом. На катоде осуществляется процесс получения Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 ионов кислорода, которые через электролит перебегают на анод, где вступают в реакцию с водородом, содержащимся в поступающем горючем, а освобождающиеся электроны поступают в цепь нагрузки.

В 1989-1993 гг. южноамериканским спецам удалось решить целый Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 ряд принципных заморочек и выполнить технологический прорыв, содержание которого заключается в:
– оптимизации процесса протекания хим реакции в топливном элементе в итоге увеличения эффективности катализа;
– обеспечении имунности к загрязнениям и отработке способов Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 их удаления;
– использовании новых материалов и конструктивно-схемных решений.
В целом разработки, проведенные за последние 10 лет, позволили:
– прирастить площадь реакции и величину тока, снимаемого с единицы поверхности электродов (до 11 000 А/м Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 32 при работе с незапятнанным водородом и кислородом и до 4300 А/м2 – с воздухом и водородсодержащим газом);
– продлить срок непрерывной эксплуатации ТЭ до 5 лет;
– повысить эффективность преобразования энергии в электричество до 60…85 % (при утилизации Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 выделяемого тепла) и удельную энергоемкость до 460…585 Вт ч/кг;
– существенно расширить спектр применяемых топлив;
– понизить цена ТЭ.
Более всераспространенным классификационным признаком ТЭ является вид электролита. Выделяют семь главных типов топливных частей.
В Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 щелочных ТЭ (ТЭЩ) электролитом является едкий калий (КОН). Такие ТЭ использовались на галлактических аппаратах (КА) "Джемини", "Аполлон", "Спейс Шаттл". Они отличаются надежностью, имеют огромную выходную мощность и малые габариты. Главным их недочетом будет то Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3, что KOH реагирует с двуокисью углерода, что затрудняет протекание реакции и просит кропотливой чистки воздуха и горючего от СО2. На КА для этого употреблялся незапятнанный кислород, для широкого внедрения Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 таковой процесс очень дорог.
В фосфорнокислотных ТЭ (ТЭФК) электролит Н3РО2 не реагирует с СО2, и задачка по чистке снимается. Эффективность преобразования энергии горючего в электричество составляет около 40 %. При комбинированном варианте использования, т.е Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3. при утилизации выделяемого тепла (рабочая температура ТЭ составляет 204 0С) в турбогенераторах, эффективность добивается 85 %. ТЭФК первыми поступили на коммерческий рынок. Сделаны и продаются портативные блоки с выходным напряжением 24 В и мощностью 250 Вт, применимые для Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 обеспечения питанием радиоаппаратуры и телевизоров. В США выполняются блоки ТЭ мощностью 200 кВт для электрических станций. Эти блоки были куплены Японией для электростанции мощностью 11 МВт. Подобные установки планируется использовать в домах, на передвижных Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 электрических станциях, также в качестве источников энергии для автобусов, электровозов и морских судов.
В ТЭ на расплаве солей угольной кислоты (карбонатов) (ТЭРК) в качестве электролита употребляется карбонат калия К2СО3 либо карбонат Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 лития Li2CO3. Рабочая температура, при которой электролит становится неплохим проводником, составляет 650 0С. Эффективность ТЭРК добивается 60 %, а при комбинированном варианте использования – более 80 %. Цена схожих ТЭ, как считается, будет ниже Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 цены ТЭ на фосфорной кислоте. В штате Калифорния выстроено несколько маломощных электрических станций, которые проходят на данный момент всесторонние эксплуатационные тесты. Прорабатываются варианты использования ТЭРК на электрических станциях, работающих на газе, получаемом Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 при газификации угля, на томных транспортных средствах и судах.
ТЭ на жестких окислах (жесткий электролит) (ТЭТО) употребляют в качестве электролита окись иттрия, стабилизированную двуокисью циркония (Y2O3, ZrO2). Этот жесткий глиняний материал работает при температуре Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 около 1000 0С. Процесс производства этих ТЭ можно заавтоматизировать. Эффективность преобразования энергии добивается 60 %, в комбинированном варианте – более 80 %. В качестве горючего может употребляться метан – основной компонент природного газа. Облегченные требования к подготовке Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 горючего, высочайшая удельная мощность, маленькая цена будут содействовать внедрению их на томные тс.


В твердополимерных ТЭ (ТЭПМ) электролитом является полимерный материал, узнаваемый под заглавием "протонная мембрана" ("мембрана, обеспечивающая обмен протонами"). Элемент дешевле Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 и проще по конструкции в сопоставлении со всеми прошлыми типами. Работает при низких температуре (от 66 до 150 0С) и давлении, имеет огромную удельную мощность, способен стремительно приспособиться к изменяемой нагрузке. ТЭПМ созданы для Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 установки на легковых автомобилях, грузовиках, галлактических станциях, надводных и подводных кораблях и судах. Конструктивно ТЭПМ выполнены из 2-ух электродов, разбитых мембраной, выполняющей роль электролита. Величина тока определяется площадью зоны реакции. При работе Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 с незапятнанным кислородом плотность тока добивается 11 000 А/м2, а при работе с воздухом – 4300 А/м2. Коэффициент полезного деяния ТЭПМ добивается 60 % (без утилизации выделяемого тепла).
ТЭ, реализующие протекание прямой реакции метанола с воздухом (ТЭД Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3), относятся к ТЭ на жестких электролитах, но в ближайшее время выделяются как самостоятельный тип в связи со специфичностью технологии производства.
Щелочные ТЭ с дюралевым анодом (ТЭАА) отличаются тем, что получение энергии осуществляется за Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 счет химической реакции окисления алюминия с выделением тепла (4Al + 3O2 + 6H2O ? 4Al(OH) 3). Происходит также саморазряд элемента с выделением водорода (2Al + 6H2O ? 2Al(OH) 3 + 3H2). Эффективность ТЭАА превосходит 90 %, но их Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 суровым недочетом является разрушение анода в процессе функционирования. Забугорные спецы нередко именуют этот тип ТЭ полутопливными элементами. Благодаря большой удельной мощности данный тип ТЭ может отыскать применение в “экстремальных” системах.
В Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 США исследовательскими работами по ТЭ управляет Министерство энергетики (МЭ) в рамках 3-х федеральных программ, предусматривающих создание ТЭ для электрических станций, тс, также административных и жилых построек. По оценкам МЭ США за ближний Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 двадцатилетний период прирост выработки электроэнергии за счет ТЭ превзойдет аналогичный показатель ядерной энергетики.

^ Ожидаемый прирост выработки электроэнергии в США

в период с 1995-2015 гг.

Разработка

Прирост, ГВт

Внедрение пара, приобретенного из угля

35,5

Внедрение комбинированого цикла

138,1

Сжигание Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 горючего в турбине/дизеле

114,5

Ядерная энергетика

1,2

Топливные элементы

2,1

Возобновляемые источники энергии

10,6

К 2000 г. МЭ США планирует понизить цена электростанции на ТЭ до $1000…1500 в расчете на 1 кВт мощности, что соответствует цены эксплуатируемых сейчас электрических станций, и приступить к серийному Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 строительству электрических станций мощностью 300…500 МВт.
В текущее время ведется проектирование автомобиля, использующего топливные элементы. Ожидается, что к 2000 г. «автомобильные» ТЭ будут иметь последующие свойства:
– удельную мощность 330 Вт/кг;
– отношение мощности к объему 330 Вт Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3/л;
– КПД приблизительно 51 %;
– время готовности к движению (разогрев) из прохладного состояния 5 мин;
– цена – менее чем $50 за 1 кВт.
Перечисленные свойства обеспечат конкурентоспособность автомобилей с ТЭ на коммерческом рынке. Серийное создание автобусов Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 и легковых автомобилей, использующих ТЭ, запланировано развернуть в период 2003-2007 гг.

^ Ожидаемый интегральный эффект от выхода на рынок электромобилей на ТЭ, АБ и гибридных

Неувязка, по которой проводилась оценка

2010 г.

2020 г.

Завоевание рынка (степень проникания Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 - страница 3 в рынок), %

22,2

38,8

Количество сэкономленной нефти (горючего), млн. т

15,12

60,48

Понижение вредных выбросов углеродных соединений, млн. т

5,8

26,8

Понижение издержек на энергоэлементы, $ миллиардов (в ценах 1992 г.)

5,082

24,727

Количество новых рабочих мест, тыс. чел

325

457


materiali-dlya-podgotovki-k-zanyatiyam.html
materiali-dlya-podgotovki.html
materiali-dlya-praktiki-obrabotki-dannih.html