◉ 简介和目标:
随着时间的推移,人类避免使用不可再生能源、转而依赖清洁可再生能源的愿望日益强烈,这体现在不断涌现的新创新和新方法中。我在本文中分享的创新理念,也是众多旨在加快全球清洁能源获取速度的环保举措之一。要寻找不同的清洁能源生产方法,只需仔细观察我们周围的世界,留意影响物体的每一个事件和变量,并对其进行分解、分析和记录。在这些记录化学变化和物理相互作用细节的笔记中,必然存在着以数学模型形式存在的关联,这些关联可以帮助我们构建连接不同事件的新型物理模型,并通过发明新方法在能源生产领域取得令人瞩目的成果。
自然界中一种分子和原子内部蕴含着极其珍贵的物理和化学特性的流体物质是水。水分子会对周围物理变化产生的剪切应力做出反应,并像流体一样不断改变形状。尽管地球上存在分子摩擦,但动态链式函数始终为我们提供了利用各种新型物理模型来最小化摩擦系数的机会,甚至只需稍加创意,就能将其转化为无限循环的运动。简而言之,如果你在复杂的物理和数学模型中加入一些耐心、精确性和创造力,你就会见证新模型的诞生,以及用于生产清洁能源的惊人方法。我在本文中阐述的方法受到了其他物理模型的启发,并在最终测试中实现了独立且连续的流体运动结构。我希望这一理念能够与其他可再生能源生产方法一起,为保护环境贡献一份力量。
空气和水是我们日常生活中各种用途都离不开的两种流体。包括流体(尤其是水的流动)在内的所有物体的运动都受到地球自转的影响。地球自转产生的力会使所有有质量的物体的运动偏离直线。这种力被称为科里奥利力,由此产生的加速度被称为科里奥利加速度。事实上,科里奥利加速度并非独立存在的加速度,因为它仅仅是由地球自转产生的。科里奥利力是一种准力,它对运动和旋转的物体产生直接或间接的影响。换句话说,宇宙中的物体在不受引力作用的情况下,自然会以恒定的速度沿直线运动;但当受到科里奥利力的作用时,它们的运动轨迹就不再是直线了。同样的原理也适用于地球,科里奥利力在运动物体旋转的过程中还会产生另一种力,我们称之为离心力。帮助我产生这项发明想法的重要因素之一是科里奥利力的运动及其在离心机中的作用。
离心机是一个非常大的旋转轮,其内部的离心力会将有质量的物体向外推。除了离心力之外,离心机的旋转还受到其他力的作用,例如科里奥利加速度、粘附力和外部引力。行星绕太阳运转而不被太阳吞噬的原因也基于同样的原理,即行星受到的离心力与太阳的引力相等。同样的原理同样适用于尺寸更小、通量更低的离心机。通过将水等流体置于旋转的离心机中,我们可以利用这一物理特性,在科里奥利加速度、粘附力以及内部或外部引力等作用下,实现流体的持续快速形变。因此,水在与外力方向相反的方向上发生的这种物理形变,可以导致流体内部产生循环运动。
"利用流体离心机发电"的理念并非复杂结构,只需稍加研究,发挥创造力,并掌握一些物理学知识,我们就能利用各种其他方法,从世界发生的各种事件中实现持续的能量循环。近年来,几乎所有领先的可再生能源生产企业都基于这样的理念:基本的物理定律和数学模型仍然是发现现代物理学中许多更复杂理念和发明的关键。为了与各领域其他研究人员在清洁能源生产中设计和展示复杂或简单的解决方案方面所做的研究保持一致,我也尝试在本文中分享我的经验和研究,以发展和拓展与此主题相关的理念。在本文的技术说明部分,我将详细介绍这种方法,并尽可能地展示利用水离心机发电的能力,同时将其视为一项重要的基础设施,以鼓励和吸引能源管理部门对清洁能源生产新理念的利用和开发给予更多关注。
◉ 本发明技术说明:
水的密度比空气大,因此它会在环境压力的作用下流动,并在流动过程中不断变形。水被归类为牛顿流体,因为如果这种流体的温度和压力保持不变,其粘度(流体流动阻力)将保持不变,并且在受到外力作用时,其粘性也不会改变。另一方面,牛顿流体的粘度仅取决于温度和压力,而与施加在其上的力无关。牛顿流体的这一特性使得在一定温度下,即使对水施加动压,其粘度也能保持恒定。为了防止动能损失,我们可以利用重力和离心力的自驱动物理原理来实现连续的运动循环。
在设计流体离心机时,我也从水车的设计中汲取了灵感。事实上,水车离心机就是一个大型旋转轮,其产生的离心力将水向外拉动。但由于水被封闭在离心机的玻璃圆筒内,因此其受力方向呈弧形(旋转)。随着水的旋转,科里奥利力和加速度也会作用于流体的质量,使得靠近圆筒外壁的分子运动速度更快。这是因为这些分子距离圆筒中心最远,因此它们被迫绕外轴以更快的速度旋转。关于科里奥利加速度在离心机中的重要性,需要指出的是,圆筒的尺寸不宜过大,否则科里奥利力和加速度会变得非常小,对分子的运动速度几乎没有影响。
正如本文末尾视频所示,我设计的这款水力离心机呈圆柱形,两侧各装有两个砂轮条。之所以采用圆柱形设计,是为了防止各种因素(例如布朗运动)造成的角动量损失。虽然完全消除离心机内的所有额外运动非常困难,但通过在离心机主体两侧设置砂轮条,我们可以很大程度上消除流体在分子摩擦力作用下的偏转运动,从而使离心机能够绕轴旋转。事实上,由于离心机的旋转,圆柱体内的水分子会受到浸没在液体中的颗粒的随机运动的影响,这些颗粒在与速度较快的水分子碰撞后,会在离心机内产生布朗运动,从而导致离心机运动轨迹出现一定的偏差。然而,通过在圆柱体两侧放置两个砂轮条,地球引力的拉力直接作用于分子的运动,并在纠正偏差的同时,使分子处于离心机旋转运动的路径上。
另一方面,安装在圆柱体两侧的这两个砂轮环,除了校正离心机流体中分子的布朗运动外,还有助于圆柱体实现连续无限的运动。为了更好地理解这一点,需要指出的是,在初步观察水的运动时,似乎存在一个指向中心的非理性力导致离心机作为旋转参考装置进行旋转运动,但实际上,水等流体分子在圆周运动和旋转运动中出现偏心的原因在于流体自身的惯性,流体具有一定的质量,并倾向于保持其先前的状态。然而,由于地球引力引起的分子摩擦,这种旋转运动最终会停止,除非我们在流体运动的路径上施加一个持续的物理力来维持连续的旋转循环并抵消重力引起的摩擦力。
为了实现这一目标,我利用重力来抵消水中的分子摩擦。这样,通过对流体施加压力,我们可以获得由这种压力引起的持续能量流动。如前所述,牛顿流体(例如空气和水)无论其粘度如何,都能够由于其自由分子受到压力而不断改变形状。牛顿流体(例如水)的粘度仅取决于流体自身的温度和压力,在恒温恒压下施加力时粘度不会改变,这对于像水这样的流体的连续变形流动性而言是一个巨大的优势。简而言之,牛顿流体(例如水)中分子的粘度仅取决于流体所处环境的温度和压力,而与施加在该流体上的力的大小和强度无关,因此可以无限地自由改变形状。
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正如本文末尾的图片和视频所示,为了保持这种持续的形变并克服分子摩擦力,我使用了一个包含两个矩形金属配重的塑料浮垫(缓冲垫)。在这个塑料缓冲垫内部,高密度空气分子被压缩,从而使垫子具有足够的浮力和弹性,将配重固定在流体(水)表面。尽管浮垫本身重量很大,但由于阿基米德原理以及浮垫的整体密度小于离心机中水的密度,实际上大量的水被向上推入玻璃圆筒中。换句话说,由于两个金属砝码的重量而作用在浮垫上的力仅等于垫壁的重量,但浮垫对水流体施加的力等于由于垫下沉而上升的水的体积,这种较低的密度使得垫子保持漂浮在水面上,同时保持垫子砝码对水分子的压力通量(以便产生与离心机旋转方向一致的压力流)。
为了使浮动垫能够与流体的旋转运动保持一致,它需要绕中心轴灵活旋转。为了实现这一点,我将浮动垫连接到一个旋转杆上。该旋转杆通过一个旋转轴承与离心机中心的轴相连。旋转轴承位于轴线的中心,因此当轴旋转时,轴承也绕轴线滚动。由于它带有机械臂,与其相连的旋转杆始终保持一定的方向。浮动杆的方向会根据离心机的顺时针或逆时针旋转而变化,并且始终保持旋转杆的动量方向与离心机的旋转路径方向和宽度一致。需要注意的是,该离心机的顺时针或逆时针旋转并非绝对不变,而是会根据浮动垫旋转杆的方向和离心机启动器的初始运动而变化,可以是顺时针,也可以是逆时针。
尽管科里奥利力会影响地球大气层中空气的运动,并且南北半球某些自然现象(例如气团和风暴在南北半球的旋转方向)存在顺时针或逆时针方向的差异,但科里奥利力对离心机内流体的旋转方向没有影响。无论身处北半球还是南半球,无论流体在哪一侧受到加压,都会发生预期的旋转,离心机也会被迫旋转,除非离心机环境温度发生变化,导致流体因冻结而粘度增加,或因冻结而粘度降低而变稀。显然,如果流体的浓度和粘度较高,由于分子运动缓慢,离心机的旋转速度以及利用离心机发电的可能性都会降低。另一方面,如果温度能够控制在正常范围内,则粘度会降低,运动会变得更加平稳,同时分子运动速度也会提高,离心机的旋转速度以及由此产生的电力也会得到改善。
当浮垫配重对玻璃腔室内流体的一侧施加压力时,流体发生形变,试图将另一侧的质量挤开,并沿着玻璃筒壁向上攀升。这种上升和挤占质量的趋势导致流体滚过离心机壁的末端。此处是流体运动距离轴心最远的位置,即分子运动速度在时间和空间上达到最大值的位置。这种流体形状和形态的改变(由于浮垫施加的压力)使得离心轮在流体从浮垫另一侧壁上升时所受到的压力作用下旋转。正如我之前提到的,这种旋转是连续且自旋的,但最终,经过一段时间后,可能会达到静止状态,因为环境摩擦力始终会影响这种旋转。
正如本文图片所示,为了确保离心机持续稳定的动态运动并防止静滞,我在圆柱体两侧各安装了两个砂轮环。这样,除了校正离心机流体中分子的布朗运动外,还能彻底消除静滞的可能性。这两个砂轮环的工作原理是在每个环上间隔一定距离放置一定数量的三角形模具。模具的数量和彼此之间的具体距离完全取决于离心机到中心轴的半径,必须经过计算和测试,以避免使用不必要的数量或过大的间距,从而导致离心机无法自主旋转。事实上,这是克服重力实现自驱动物理原理中非常重要的一部分,如果忽略这一点,重力和离心力将阻止离心机持续旋转。
每个三角形腔室内都装有一定量的水,水量应占三角形模具内部空间的一半,一半为空。这是因为水在重力作用下会发生形变,其方向与离心机的旋转方向相同。水在重力作用下于斜坡表面发生形变,导致水体向下运动。当每个模具放置在砂轮垂直弧形倾斜位置时,重力与离心力共同作用,将水体向外向下牵引。这种牵引力,在砂轮垂直弧形倾斜状态下,由位于砂轮环上的各个三角形腔室产生的相似且协同作用,最终形成一个自导向运动循环。该循环与离心机内水的旋转相结合,在抵消流体分子摩擦的同时,产生快速且连续的运动循环。
最后,水力离心机产生的力,通过将轴扭矩传递给发电机转子,最终在项目终端站产生电力。我必须再次强调,如果此类离心机的尺寸过大,将对转速和扭矩输出产生不利影响,此外还会降低效率并增加生产成本。因此,为了保持扭矩功率和轴转速,更合适的替代方案是建造多个半径合适的离心机,并将它们连接成一个系统。我在本文末尾的视频中展示了如何进行这种组合。在本文中,我尽可能详细地向清洁能源爱好者介绍了我的新理念,但我们肯定可以通过进一步改进技术细节,实现最佳的物理(组合)模型,从而确保该理念具有更高的效率。
与其他发明一样,这项发明也具有进一步发展和优化的潜力,甚至可以作为一种基础设施。利用"流体水离心机"可以显著促进清洁、低成本且取之不尽的能源生产,并可在世界各地全天候使用。
◉ 本视频动画创作者:Ali Pourahmad
◉ 本视频的音乐作曲家:Ali Pourahmad
◉ 叙述者:阿里·普拉哈迈德
◉ 语言:英语
◉ 字幕:无
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