Вечный двигатель

[Pyotr]

Source of the post
Хотелось бы конструктивных возражений, а не общих слов не о чём.

Так и описание и состоит из общих слов ни о чем. В любом канале, пусть даже его стенка выполнена из пористой мембраны, первое, что происходит при случайном выведении системы из равновесия - выравнивание давлений. Вы же собираетесь получить полезную работу за счет разницы давлений по обе стороны поршня, которая обязана своим происхождением процессу теплообмена рабочего тела с окружающей средой, т. е. процессу существенно необратимому. Остановится двигатель через несколько колебаний, число которых будет определяться прежде всего трением. Задумайтесь над простым вопросом: существует ли стационарное состояние системы, когда все ее детали неподвижны? Положительный ответ очевиден, следовательно, именно к этому состоянию и придет система рано или поздно независимо от величины начального возмущения.

[petrovic11]

Вы, наверное, не совсем поняли принцип работы двигателя. Разница давлений возникает за счёт движения цилиндров относительно неподвижного поршня. Как в обычной насосе. Процесс теплообмена тут абсолютно не причём.
Главное условие работы такого двигателя – отношение числа вылетающих через мембрану избыточных молекул в единицу времени к числу избыточных молекул, ударяющихся в торец малого цилиндра за это же время, должно быть больше более чем в 2 раза. А это зависит от скорости движения цилиндров по поршню. То есть, количество вытесненных молекул из малого цилиндра в большой в единицу времени должно быть более чем в 2 раза превосходить количество ударов молекул в торец цилиндра. Допустим, цилиндры двигаются с нужной скоростью. Нагрузка возросла и скорость уменьшилась ниже необходимой. Молекул вытиснилось меньше, чем необходимо. При этом реактивная сила от вылетающих молекул становиться меньше силы давления на торец цилиндра. Двигатель сразу остановится.

[Pyotr]

То есть Вы придумали машину, которая может находиться в двух стационарных состояниях: неподвижном и колебательном. Учитывая неизбежные потери на трение, крайне сомнительно, что, даже без совершения машиной дополнительной работы, колебательное состояние возможно .

[petrovic11]

Цилиндры неподвижны. Все силы уравновешены. За счёт внешней силы придадим цилиндрам некоторую скорость. При движении цилиндров вправо газ внутри сжимается и больше молекул ударяется в торец цилиндра. Назовём их избыточные молекулы. При ударе каждой избыточной молекулы в торец на цилиндр действует изменение импульса 2mv. Изменения импульсов множества избыточных молекул создают силу избыточного давления на торец цилиндра Fи. В то же время избыточное давление и внутри большого цилиндра, так как оба цилиндра соединяются отверстиями. Часть избыточных молекул, которые должны были бы удариться в мембрану, на самом деле попадают в отверстия мембраны и вылетают наружу. При вылете каждой избыточной молекулы через мембрану на большой цилиндр действует изменение импульса mv. Изменения импульсов множества избыточных молекул, вылетающих через мембрану наружу, создают реактивную силу F1'. Эта реактивная сила направлена по ходу движения цилиндров и против силы избыточного давления. Поэтому, чтобы F1' была больше Fи, через мембрану должно в единицу времени вылетать более чем в 2 раза больше избыточных молекул, чем ударяется в торец цилиндра. Эти избыточные молекулы выталкиваются поршнем из малого цилиндра, попадают в большой цилиндр и вылетают через мембрану наружу. Чем выше скорость цилиндров, тем больше молекул вытесняется в большой цилиндр из малого. И тем больще реактивная сила от вылетающих молекул. При скорости 2 м/с реактивная сила F1' превысит Fи. На цилиндры будет действовать результирующая сила равная F1' - Fи. Под действием этой силы цилиндры будут двигаться вправо, поддерживая давление, за счёт которого создаётся реактивная сила. После первоначального толчка цилиндры продолжат дальнейшее движение вправо за счёт кинетической энергии молекул газа.

[Pyotr]

Геометрия не вполне понятна, но это неважно. На достаточно большом расстоянии от машины условия можно считать известными и постоянными, следовательно, при моделировании движения газа в машине должно получаться неединственное решение, а именно, стационарное и колебательное. По имеющемуся опыту могу твердо заявить, что это невозможно. Неединственные решения случаются в динамике газов, но только не в такой постановке (гистерезис регулярного и маховского отражения ударных волн, запуск сверхзвуковой ударной трубы, ламинарно-турбулентный переход и т. д.).

[petrovic11]

Ну какие ударные волны? Какая сверхзвуковая ударная труба? Скорость движения 2 м/с. Давление внутри примерно 0,01 кгс/см². По моему мнению, вы закопались очень глубоко, а принцип лежит на поверхности.

[Pyotr]

Source of the post
Ну какие ударные волны? Какая сверхзвуковая ударная труба? Скорость движения 2 м/с. Давление внутри примерно 0,01 кгс/см². По моему мнению, вы закопались очень глубоко, а принцип лежит на поверхности.

Так я и говорю, решение единственно и оно понятно, никаких колебаний.

[Pyotr]

Source of the post
... а принцип лежит на поверхности.

Разобрался я с этим "принципом". Давление в системе после возмущения, состоящего в толчке цилиндров, предположим, вправо, выравняется и сравняется с внешним за время, которое потребуется звуку на преодоление расстояния порядка длины цилиндра, после чего никаких избыточных молекул, покидающих систему через мембрану не станет и на каждую молекулу, вылетевшую через мембрану, придется точно такая же молекула, влетевшая через ту же мембрану, т. е. установится равновесие и единственной нескомпенсированной силой, действующей на цилиндр, останется сила трения.

[petrovic11]

Есть такое устройство. Два цилиндра, жестко соединённых между собой. Внутри поршень. На трубке, соединяющей два цилиндра нагреватель (красный).

В первоначальном состоянии поршень неподвижен. Нагреватель нагревается. Газ внутри начинает нагреваться. Давление увеличиваться. Сила давления F1 больше силы F2, так как площадь поршня больше. Вытесняемый из малого цилиндра газ, расширяется от нагрева в нагревателе и поддерживает повышенное давление в цилиндрах. А это в свою очередь поддерживает силы F1 и F2. Под действием результирующей силы поршень двигается до упора влево. Так примерно работает двигатель Стирлинга. Теперь несколько изменим это устройство. Поршень жестко соединён с большим цилиндром. А малый и большой цилиндры не соединены между собой. В большом цилиндре сделаны отверстия, где установлены мембраны. Также малый цилиндр закреплён на опоре и неподвижен.

В первоначальном состоянии система неподвижна. Сдвинем большой цилиндр с поршнем влево. Давление внутри цилиндров повысится. На поршень в малом цилиндре действует сила давления F2. На цилиндр с поршнем действует реактивная сила Fp. При скорости 2 м/с Fp будет больше F2. Поэтому под действием результирующей силы цилиндр с поршнем будут перемещаться влево. Это перемещение цилиндра с поршнем будет поддерживать давление внутри малого и большого цилиндров. В первом случае использовалось тепло от внешнего источника тепла. Во втором случае использовалась внутренняя энергия газа. Второе усторойство - это тот же двигатель, только чуть изменёный, для лучшего понимания.

[Pyotr]

К двигателю Стирлинга вопросов нет, там есть внешний источник тепла. По поводу Вашего двигателя могу лишь добавить, что выполнить мембрану толщиной много меньше длины свободного пробега молекул, которая выдерживала бы преполагаемые нагрузки, нереально.