Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Поток Научпоп доступен 24/7 благодаря поддержке друзей Хабра
Комментарии 42
Шедеврально.
Скажите, какой факультет Вы заканчивали?
Творческое обьеденение
выделение моё. Спасибо, вопросов особо нет
А зря. Я там много чего нового узнал из области аэродинамики. В обычных книжках и не скажут. Ну нет-так нет.
ай, бросьте. Чего же такого чудесного в книжках не скажут? Ну-ка, ну-ка? Конкретно про аэродинамику.
У меня на работе ВК закрыт, но Квен выдал такую характеристику:
Краткое описание сообщества vk.com/club32773128:
Название: Творческое объединение “Радиолюбитель”.
Статус: Закрытое сообщество (информация ограничена, всего 3 подписчика).
Тематика: Судя по описанию, это юмористическое или сатирическое сообщество (так называемый «трэш-юмор» или абсурдистский паблик).
Описание: Содержит намеренно абсурдный и комичный текст о «изучении излучения антенн высотой до бесконечности», попутном изучении аэродинамики, паркура, техник спецназа, выращивания слив, а также о «влиянии паранойи на поведение индивида».
Контакты: Указаны с шуточными должностями, например, «директор научного института клейки обоев», «гуру адекватного безумства» и «посол Эстонии».
Итог: Это небольшое закрытое сообщество с шуточным, абсурдистским наполнением, не имеющее отношения к серьезному радиолюбительству или науке.
Если интересно, то это это ламповое творческое сообщество тульских бэйс-джамперов. Бэйс мы все в итоге прыгать перестали. Но знаний оттуда утащили много. В том числе и в области аэродинамики. В результате двое стали чемпионами России по сверхлегкой авиации, включая меня. Один пересел на параплан и летает маршруты по 140 км с одного старта.
Но меня больше потащило в науку: термодинамика, аэродинамика, паровые турбины, турбодетандер, энергетика, криогеника и ряд других направлений. Где я и преуспел. Вне зависимости от того, какую дичь раньше творил.
Предлагаю встретиться на 120м антенне в Переславле-Залесском. Так и быть возьму для вас B.A.S.E.-систему в аренду, ибо свою я продал. Во время прыжка вы всё и познаете.
Зачем нам полумеры? Приезжайте, с Юцы попрыгаем. Заодно что-нибудь секретное про аэродинамику мне расскажете. Что-нибудь из гаражных знаний.
Был я на Юце. С нее и не попрыгать - слишком пологий склон. Общался с местным сообществом. Интересные люди, много нового почерпнул. Только мне никто так из них и не ответил, что за сила такая небывалая отправляет с земли в атмосферу ежесекундно 13 миллионов тонн воды, а вместе с ней и парапланеристов с делталетчиками вопреки закона тяготения.
Ашоту И рамилю со старта привет. Олегу из Флай Юца тоже.
В этом году к вам не попадаю в связи с проблемами с бензином. Так что лучше вы к нам. Не забудьте у Олега взять литров 5 говорилки. Посидим и за несколько вечеров мы всю ее и уговорим за изучением аэродинамики и термодинамики.
Не будучи специалистом в данной теме, тем не менее, заподозрил нереалистичность сколько-нибудь серьезного повышения КПД АЭС предложенным способом и задал вопрос ChatGPT (см. ниже).
Промпт для ChatGPT (на английском)
Please read the following article: https://habr.com/ru/articles/1059696/
What do you think of the article’s main idea? Is it realistic or more like pseudoscience?
Ответ ChatGPT (на английском)
I think the article is an interesting engineering speculation, but in its current form it is much closer to an unsupported hypothesis than to an established scientific result. I would not call it outright pseudoscience, but I also would not consider its central claim scientifically convincing. (Habr)
The main idea, as I understand it, is:
Conventional nuclear power plants “waste” most of their energy as latent heat of vaporization during steam condensation.
The author argues that this latent heat bypasses the turbine almost entirely.
He concludes that the low efficiency of steam power plants is not fundamentally limited by Carnot efficiency, but by the inability to utilize latent heat.
Therefore, if someone invents a way to convert that latent heat into work, nuclear plant efficiency could rise from roughly 30% to 80–90%, even claiming that Carnot’s formula is “not always correct.” (Habr)
There are a few parts that are reasonable.
The observation that latent heat is enormous is absolutely true. The latent heat of vaporization of water is about 2.3 MJ/kg, and condensing steam releases a tremendous amount of energy. Engineers have known this for over a century.
Likewise, the statement that today’s Rankine cycle rejects a large amount of low-temperature heat is correct. Every thermal power plant does exactly that.
Also reasonable is the motivation: if someone could economically recover more useful work from low-grade heat, it would indeed be a major breakthrough.
Where the article becomes problematic is in its interpretation.
1. It misunderstands what Carnot efficiency says
The article argues that because water’s energy versus temperature is nonlinear (due to phase transitions), Carnot efficiency is “not always valid.”
This is the biggest issue.
Carnot’s theorem does not require internal energy to vary linearly with temperature.
It is an extremely general theorem based on reversible thermodynamics.
It remains valid for:
gases,
liquids,
steam,
mixtures,
phase transitions,
supercritical fluids.
Real steam turbines and refrigeration cycles are routinely analyzed using steam tables that explicitly include latent heat and phase changes. Engineers do this every day.
The nonlinear enthalpy of water is already built into classical thermodynamics—it isn’t something that invalidates it.
2. Latent heat is not “ignored”
The author repeatedly says that latent heat “passes through the turbine like light through glass.”
That isn’t really correct.
The turbine extracts work from the enthalpy drop of the steam.
Steam enthalpy consists of
sensible heat,
pressure energy,
latent heat,
internal energy.
The turbine converts part of that total enthalpy into shaft work.
The remaining enthalpy—including some latent component—is rejected in the condenser because the cycle must return the working fluid to its initial state.
Nothing has been forgotten.
3. Recovering low-temperature heat is fundamentally difficult
The condenser typically operates around 30–50°C.
Heat at these temperatures contains much less available work (exergy) than heat near the reactor.
This distinction is essential.
The article treats all joules as equally useful.
Thermodynamics does not.
One joule at 300°C has much greater potential to perform work than one joule at 35°C.
That is exactly why power plants reject so much low-temperature heat.
4. Existing engineering already tries to do this
The article presents the idea almost as though nobody has attempted to utilize condenser heat.
In reality, engineers have spent decades doing exactly that:
regenerative Rankine cycles,
feedwater heaters,
combined heat and power (cogeneration),
district heating,
binary cycles,
organic Rankine cycles,
Kalina cycles,
supercritical CO₂ cycles.
All of these aim to extract more useful work or useful heat from energy that would otherwise be discarded.
None come close to increasing a conventional nuclear plant from ~30% efficiency to ~90%.
5. Extraordinary efficiency claims require extraordinary evidence
The article predicts efficiencies of 80–90%.
That would represent one of the largest advances in thermodynamics since the nineteenth century.
To support such a claim one would expect:
a complete thermodynamic cycle,
pressure–enthalpy diagrams,
entropy balance,
exergy analysis,
mathematical proof,
simulation,
experimental data.
Instead, the article mostly presents qualitative reasoning and promises that the actual solution will appear in a future article. (Habr)
Is it pseudoscience?
I would distinguish three levels:
Not pseudoscience: asking whether latent heat can be better utilized is a perfectly legitimate engineering question.
Weak science: claiming to have found a new interpretation of power-plant efficiency without providing rigorous thermodynamic analysis.
Pseudoscience: claiming to have overturned Carnot’s theorem while ignoring established thermodynamics and offering no reproducible evidence.
This article sits somewhere between the first two categories. It doesn’t use mystical language or reject mathematics altogether, so I wouldn’t immediately label it pseudoscience. But its central argument is not supported by accepted thermodynamics, and the challenge to Carnot’s theorem is not persuasive.
Overall, my assessment would be:
The motivation is good.
The engineering ambition is admirable.
The physics argument is weak.
The claims of tripling nuclear plant efficiency are highly implausible without a fundamentally new thermodynamic cycle that has yet to be demonstrated.
If the author eventually publishes a complete proposed cycle with rigorous energy, entropy, and exergy calculations, that would be the right basis for evaluating whether there’s a genuine innovation. As it stands, the article is better viewed as an interesting speculative idea than as evidence that modern thermodynamics is incomplete.
Ответ ChatGPT (гуглоперевод на русский)
Я считаю, что статья представляет собой интересное инженерное предположение, но в нынешнем виде она гораздо ближе к неподтвержденной гипотезе, чем к установленному научному результату. Я бы не назвал её откровенной псевдонаукой, но и не счёл бы её центральное утверждение научно убедительным. (Habr)
Основная идея, как я её понимаю, такова:
Традиционные атомные электростанции «теряют» большую часть своей энергии в виде скрытой теплоты испарения при конденсации пара.
Автор утверждает, что эта скрытая теплота почти полностью обходит турбину.
Он делает вывод, что низкая эффективность паровых электростанций не принципиально ограничена эффективностью Карно, а неспособностью использовать скрытую теплоту.
Следовательно, если кто-то изобретёт способ преобразования этой скрытой теплоты в работу, эффективность атомных электростанций может возрасти примерно с 30% до 80–90%, даже если утверждать, что формула Карно «не всегда верна». (Habr)
Есть несколько разумных моментов.
Утверждение о том, что скрытая теплота огромна, абсолютно верно. Скрытая теплота испарения воды составляет около 2,3 МДж/кг, а конденсация пара выделяет огромное количество энергии. Инженеры знают это уже более века.
Аналогично, утверждение о том, что современный цикл Ранкина отводит большое количество низкотемпературного тепла, верно. Каждая тепловая электростанция делает именно это.
Также разумна мотивация: если бы кто-то смог экономически выгодно извлекать больше полезной работы из низкотемпературного тепла, это действительно стало бы крупным прорывом.
Проблема статьи заключается в её интерпретации.
1. Неправильное понимание того, что говорит об эффективности Карно
В статье утверждается, что поскольку зависимость энергии воды от температуры нелинейна (из-за фазовых переходов), эффективность Карно «не всегда верна».
Это самая большая проблема.
Теорема Карно не требует, чтобы внутренняя энергия изменялась линейно с температурой.
Это чрезвычайно общая теорема, основанная на обратимой термодинамике.
Это остается в силе для:
газов,
жидкостей,
пара,
смесей,
фазовых переходов,
сверхкритических жидкостей.
Реальные паровые турбины и холодильные циклы обычно анализируются с использованием таблиц свойств пара, которые явно учитывают скрытую теплоту и фазовые переходы. Инженеры делают это каждый день.
Нелинейная энтальпия воды уже заложена в классической термодинамике — это не то, что делает её недействительной.
2. Скрытая теплота не «игнорируется»
Автор неоднократно утверждает, что скрытая теплота «проходит через турбину, как свет через стекло».
Это не совсем верно.
Турбина извлекает работу из падения энтальпии пара.
Энтальпия пара состоит из:
явной теплоты,
энергии давления,
скрытой теплоты,
внутренней энергии.
Турбина преобразует часть этой общей энтальпии в работу вала.
Оставшаяся энтальпия, включая некоторую скрытую составляющую, отводится в конденсаторе, поскольку цикл должен вернуть рабочую жидкость в исходное состояние.
Ничего не забыто.
3. Рекуперация низкотемпературного тепла принципиально сложна
Конденсатор обычно работает при температуре около 30–50 °C.
Тепло при этих температурах содержит гораздо меньше доступной работы (эксергии), чем тепло вблизи реактора.
Это различие имеет важное значение.
В статье все джоули рассматриваются как одинаково полезные.
Термодинамика так не считает.
Один джоуль при 300 °C обладает гораздо большим потенциалом для совершения работы, чем один джоуль при 35 °C.
Именно поэтому электростанции отводят так много низкотемпературного тепла.
4. Существующие инженерные решения уже пытаются это сделать
В статье эта идея представлена почти так, как будто никто не пытался использовать тепло конденсатора.
В действительности инженеры десятилетиями занимались именно этим:
регенеративными циклами Ранкина,
подогревателями питательной воды,
комбинированным производством тепла и электроэнергии (когенерацией),
централизованным теплоснабжением,
бинарными циклами,
органическими циклами Ранкина,
циклами Калина,
циклами сверхкритического CO₂.
Все они направлены на извлечение большей полезной работы или полезного тепла из энергии, которая в противном случае была бы потеряна.
Ни один из них не приближается к повышению КПД обычной атомной электростанции с ~30% до ~90%.
5. Чрезвычайно высокие показатели эффективности требуют чрезвычайных доказательств
В статье прогнозируется КПД в 80–90%.
Это стало бы одним из крупнейших достижений в термодинамике с XIX века.
В поддержку такого утверждения можно было бы ожидать:
полного термодинамического цикла,
диаграмм давления-энтальпии,
баланса энтропии,
эксергетического анализа,
математического доказательства,
моделирования,
экспериментальных данных.
Вместо этого статья в основном представляет качественные рассуждения и обещает, что фактическое решение появится в будущей статье. (Habr)
Это псевдонаука?
Я бы выделил три уровня:
Не псевдонаука: вопрос о том, можно ли лучше использовать скрытую теплоту, является вполне законным инженерным вопросом.
Слабая наука: утверждение о нахождении новой интерпретации эффективности электростанции без предоставления строгого термодинамического анализа.
Псевдонаука: утверждение о ниспровержении теории Карно.
Эта статья находится где-то между первыми двумя категориями. В ней не используется мистический язык и не отвергается математика полностью, поэтому я бы не стал сразу же называть её псевдонаукой. Но её центральный аргумент не подкрепляется общепринятой термодинамикой, а возражение против теоремы Карно неубедительно.
В целом, моя оценка такова:
Мотивация хорошая.
Инженерные амбиции достойны восхищения.
Аргумент с точки зрения физики слаб.
Утверждения о утроении эффективности атомных электростанций крайне неправдоподобны без принципиально нового термодинамического цикла, который ещё не был продемонстрирован.
Если автор в конечном итоге опубликует полный предлагаемый цикл со строгими расчётами энергии, энтропии и эксергии, это станет правильной основой для оценки того, является ли это подлинным нововведением. В нынешнем виде статью лучше рассматривать как интересную спекулятивную идею, чем как доказательство неполноты современной термодинамики.
нужно отходить от концепции ядерного кипятильника в прямые преобразователи энергии продуктов деления
Сильное утверждение. Может у вас есть еще и концепция как к этому перейти? А то выглядит как "делайтей хорошо, а плохо не делайте".
Давно смотрел в эту сторону. Но увы: прямых преобразователей энергии ядерных превращений в электроэнергию пока не придумано. Единственное же устройство прямого преобразования тепла в работу - элемент Пельте. Его КПД 3%. Слышал, что достигает 5%.
При альфа/бетта-распаде можно “ловить” заряженныё частицы и за счёт этого иметь напрямую разницу потенциалов. И такие истройства есть - маломощные и в лаборотариях. Т.к. “уносимая мощность” такого рода распадов довольно мала по сравнению с увеличением кинетической энергии - т.е. с мощностью повышения тепловой энергии.
Эту проблему я давно заметил: что ДВС, что АЭС или ряд других направлений - мы попутно получаем астрономическое количество тепловой энергии, которая не используется. Но тепловая энергия - это энергия. Мы можем превращать её в другой вид энергии. Тем самым повышая КПД. Задумка была в том, чтобы найти способ использовать тепло, которое находится при комнатной температуре. Да, я понимаю - это было безумием. Но я решил попробовать. Прошло 13 лет. Решение нашёл именно в области использования теплоты парообразования. О чем и рассказываю. Пока захожу издалека.
Но есть и другой путь – это использовать для генерации второй тип энергии – теплоту парообразования
А третий путь - использовать для генерации другое рабочее тело, например, тот же самый азот, с которого вы начинали статью?
Было бы неплохо! Но него низкая теплоемкость.
Для генерации нужно совершить механическую работу. Нужно крутануть вал генератора. Как это делает сжатый газ- понятно. А как это будет делать фазовый переход? Как скрытая теплота перехода превратился в работу?
Забегая вперед. Работа A=PdV (зависит от изменения объема) В процессе перехода жидкость-газ объем вещества меняется. Значит, можно снять и работу.
Конечно! Можно! Эээх, а сколько конкретно? Какой будет работа и какие будут потери на весь цикл?
Я ж почему про диаграмму спросил? Потому что на ней как раз весь цикл и разрисован. И на ней видно- где и сколько и каких потерь и где и сколько и каких работ, и из неё видно, какой КПД получится. И, кстати, энтропии на этой диаграмме нету! Там только P и Т, ну или Р и V. И вся её фишка- что нелинейность этих зависимостей в ней ваще ни на чо не влияет! КПД связан с температурой именно такой формулой при любой! зависимости энтропии от Т.
Формула Карно была выведена для идеального газа. Фазовые переходы в ней не учитываются, на что я и указал в статье.
банально навесить на выхлопе движок Стирлинга, так что автор зря тут туман напускает. Но конструкционно и механически на энергетических мощностях это не окупается. Проверено.
КПД Стирлинга как раз и зависит от разницы температур. А фазовый переход можно осуществлять при перепаде температур 100*С -99*С, работая за счет разницы в доли градуса, и вовлекая в процесс такое же количество энергии, как на ТЭС при 550*С.
угу. И конденсационных турбин не изобрели, вот беда, до сих пор. Ньюкомен, Ползунов, далее, что называется, везде.
Боюсь, фраза "всякая сложная проблема имеет простое решение, столь же простое, сколь и неверное" точно описывает чудесное решение, которое Вы скрыли во второй части.
Вообще идея подобная этой пррабатывалась вроде бы. Но там речь шла о компактных установках атмосферного давления. Т.к. как раз КПД там получается довольно низким из-за атмосферности.
Если бы теплота парообразования выделялась в турбине, то и конденсатор в схеме был бы не нужен. Я не отрицаю, что конденсационные турбины имеют повышенный КПД. Я про то, как его значительно увеличить
Так для справки: кондесатор тоже “извлекает энергию” - он создаёт необходимый “вакуум” на выходе турбины. Так что теплота конденсации - тоже переходит в работу. На этом все паровые двигатели одинарного расширения построенны.
И да. Сейчас пошла “мода” снимать эту “лишнюю теплоту” с ТЭС и не только - с помошью энергетических установок на малокипящих жидкостях (в соновном водно-аммиачной смеси). Но пока это не слишком распространено, т.к. цена киловат-часа этой “дополнителной энергии” получается в три-пять раз дороже “основной”. Да и аммиак - не то чтобы полезен, случись чего.
Уважаемый, вы как-то упустили, что после закачки 2260 кДж/кг упомянутая 100-градусная вода расширяется от 1 л/кг до 598 л/кг, а при конденсации - сжимается обратно. А между местом где она расширяется и сжимается и стоит турбина.
Естественно все не так просто: на турбине будет перепад давления и температура парообразования будет выше 100 до турбины, а конденсации - ниже 100 после, так как в конденсаторе создастся вакуум, а в котле давление из-за препятствия в виде турбины. Но цикл с испарением и конденсацией на порядок технически эффективнее просто разогрева и охлаждения, потому, что не требует огромных массовых расходов и связанных потерь тупо в трубах.
На практике для исчисления КПД тепловых машин тепловых машин использую энтальпию рабочего тела, которая зависит как от температуры так и от давления, про которое вы вообще не говорите. Если расширение и сжатие не учитывать можно прийти к очеь экстравагантным выводам.
P.S. 10 ТВт потерянного тепла от всего проиводства электричества никак не влияет на энергетический баланс планеты с инсоляцией 174 000 ТВт.
С нетерпением буду дать практических рекомендаций. Способов использования остаточно низкопотенциального тепла много, (например, с помощью термоэлектрических преобразователей, двигателей стирлинга и т.п.), но ни один не обещает прироста суммарного кпд более 10-15 %
Если удастся это осуществить и повысить КПД использования топлива на АЭС до 90%, то нагрузка от данного источника энергии на климат сократится с 70% неиспользуемого тепла до 10%, т.е. в немыслимые 7 раз!
А во что превращается в итоге электроэнергия? В бабочек что ли? Утюг ваш, холодильник, компьютер во что превращают электроэнергию? Не в тепло?
Откуда таких писателей берут, я прямо не знаю..
Зато у нагревателя КПД аж целых 100%, полностью эффективен
Там ещё автор упоминает, что при 10000 градусах упремся в потолок жаропрочности, а то что водяного пара в принципе при этом не будет - не смущает, похоже, никого.
Само собой, что те кто АЭС проектируют - знают, как работает холодильник, если в целом по статье.
Есть выход - сделать "турбину Стирлинга". Без фазовых переходов, чисто на горячем газу или пару (без конденсации). Поршневой маломощный и медленный, а турбина - самое то.
Температуру/давление мутим, турбинку крутим. Как именно - не спрашивайте, "мое дело стратегия" (с)
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Путь повышения КПД атомной электростанции втрое. Почему формула Карно не всегда верна. Путь к альтернативной энергетике