понедельник, 31 января 2011 г.

Фазовые переходы, вода Краснова, цикл Калины и все такое

ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД ВТОРОГО РОДА: котлы без накипи


В сегодняшнем рунете есть немало страниц, посвященных так называемой структурированной “воде Краснова”.  Не привожу никаких ссылок в расчете на то, что чем-чем, а Гуглом-то читатель хотя бы слегка владеет. Я хорошо понимаю экстремальные реакции на такие публикации: с одной стороны их обзывают “бредом”, с другой – захлебываются от восторга. Но нет ничего нового под Луною. Такое уже было, хотя и в несколько ином варианте.  


Фазовые переходы второго рода на протяжении многих лет являлись интригующей задачей для теоретической физики, пока ее не решил советский академик Л.Д. Ландау… 


1. Вермейрен


В конце тридцатых годов бельгийский инженер Вермейрен обнаружил, что заливка в котел парогенератора воды, прошедшей через магнитное поле при некоторых определенных условиях, имеет следствием отсутствие в котле накипи, обычно всегда присутствующей в возрастающем объеме, все более ухудшая рабочие параметры котла. Периодически его надо останавливать и очищать от накипи. Если же вспомнить, сколько в мире паровых или водяных котлов, то станет ясно, что накипь - серьезная техническая и экономическая проблема.


Вермейрен сразу оценил значение своего открытия, но вскоре началась война, а с ней пришли и другие заботы. Тем не менее, в войну Вермейрен выжил, об открытии не забыл и уже в 1946 году взял первый патент (бельгийский) на устройство для магнитной обработки воды. Вскоре он взял еще один патент, уже американский, и открыл коммерческую фирму по производству устройств для омагничивания воды. Несколько лет назад эта фирма еще существовала и существовала неплохо, производя и продавая до 4,5 тысяч устройств в год. Вероятно, жива она и по сей день.


Эффектом Вермейрена заинтересовались в научных кругах, в том числе и в СССР. Его стали исследовать во многих научных организациях, в том числе и в Харькове. В Харькове первые исследования были выполнены еще в 1953 году. 


Результаты получались странными. Некоторые исследователи эффект наблюдали. Другие же не наблюдали. Высказывались даже подозрения, что Вермейрен - просто ловкий шарлатан, мистифицирующий серьезную науку. Ввиду такой неопределенности и прикладной важности вопроса Президиум АН СССР уже в конце 70-х годов создал специальную комиссию, которая должна была решить, а есть ли мальчик, но странное решение комиссии ясности не внесло: она не смогла ответить на вопрос ни отрицательно, ни утвердительно, "постановив", что целесообразно продолжать накопление фактов.


А как же быть с фирмой Вермейрена и выпускаемыми ею устройствами? Неужели их покупают "в состоянии гипноза"? Во-первых, может быть и так, а во-вторых (и это скорее всего), возможно существование некой очень частной, но абсолютно необходимой для успешного функционирования устройства детали, на которую Вермейрену повезло случайно наткнуться и из которой он сделал секретное "ноу-хау".


Еще одна интрига


Оставим на время Вермейрена и займемся другим сюжетом, развивавшимся вдали от грубой прозы котлов, труб, войн, и т.д. - в возвышенных сферах "чистой" науки. В физике давно известны так называемые фазовые переходы. Более того, они бывают первого и второго рода. Согласно классификации выдающегося физика ХХ века Пауля Эренфеста, переходы первого рода – это те, при которых резко меняется плотность вещества, а остальные его свойства остаются неизменными, в то время как при переходах второго рода дело обстоит прямо противоположным образом: плотность вещества остается неизменной, а другие его свойства могут резко меняться. Поэтому переходы первого рода можно "видеть глазами" и "ощущать руками" - они сопровождаются изменением агрегатного состояния вещества, например, кристаллизацией или, наоборот, плавлением и имеют так называемую скрытую теплоту перехода, которая выделяется или поглощается в зависимости от направления перехода. Фазовый переход второго рода - куда более тонкая вещь. Его нельзя ни "увидеть", ни "пощупать": хотя при фазовых переходах второго рода меняются свойства вещества, их изменение не так очевидно и его регистрация требует проведения иногда весьма тонких и сложных измерений. Мы ведь не ощущаем непосредственно большинства физико-химических параметров вещества, таких, скажем, как его электрическая или магнитная проницаемость. В то же время, это и не что-то, не могущее иметь серьезных приложений из-за малости. Например, к числу фазовых переходов второго рода относятся открытая голландцем Камерлинг-Оннесом сверхпроводимость и русским Петром Капицей сверхтекучесть.


Фазовые переходы второго рода на протяжении многих лет являлись интригующей задачей для теоретической физики, пока ее не решил советский академик Л.Д. Ландау. И Нобелевская премия, присужденная ему за создание теории сверхтекучести – это в значительно степени премия и за теорию фазовых переходов второго рода. Оказалось, что при фазовых переходах второго рода происходит структурная перестройка вещества, сопровождающаяся изменением всех его свойств.


Но ни сам Вермейрен, ни те, кто пытался повторить его открытие, не были физиками и о фазовых переходах второго рода никогда ничего не слышали. Так стоит ли удивляться тому, что омагничивание воды долго не связывалось с ними.


Трудно сказать, кто об этой связи догадался первым. Но одно дело - догадаться и совсем другое - убедиться. Однако, когда уже знаешь, что искать, чувствуешь себя уверенней и работа идет осмысленней и быстрее. И найти тогда можно даже больше, чем ищешь. Изучая зависимость теплоемкости воды от температуры (кривую, на вид скучную и не сулящую никаких неожиданностей) с помощью компьютера и довольно изощренных математических средств, исследователи обнаружили на ней в интервале температур от 0 до 100 градусов Цельсия целых шесть точек, разбивающих ее на участки с разным математическим поведением. Целых шесть фазовых переходов второго рода! Первый из них вода испытывает при температуре 4 градуса, при которой она имеет максимальную плотность, второй - при 15 градусах, когда наблюдается аномалия электрической восприимчивости и т.д. - для всех открытых ими точек, кроме шестой, уже были известны аномалии тех или иных характеризующих свойства воды величин! Трудно представить себе большую удачу для исследователя, чем нащупать путеводную нить, позволяющую разобраться в хитросплетении фактов, на первый взгляд кажущихся хаотическим нагромождением.


Но при чем же здесь омагничивание воды? - Спросит нетерпеливый читатель. Оказывается, фазовый переход второго рода можно вызвать, меняя не только температуру, но и любой другой внешний параметр, например - электрическое или магнитное поле. А тонкость, из-за которой изменение свойств вещества при переходе оказывается трудно наблюдаемым фактом (чем и объясняются многочисленные неудачи при попытках повторить результаты Вермейрена), состоит в том, что переход совершается, как говорят, "в точке". Это значит, что для получения эффекта на воду надо наложить магнитное поле чуть ли не строго определенной величины: незначительное отклонение в ту или другую сторону - и эффекта нет. Увидеть его можно или случайно, или же, если точно знаешь, что и где ты ищешь. (Припоминаю, были  в продаже “омагничивающие” насадки для водопроводной воды и даже для бензина. И… слов нет, одни выражения). Более того, это значение величины магнитного поля зависит еще и от скорости протекания жидкости через поле и при разных скоростях это поле разное! Поэтому в первых исследованиях вполне могло быть так, что вот в этой опечатанной на ночь установке вчера вечером эффект наблюдался, а сегодня утром его нет. Потому что изменился "напор" в водопроводе. Понятно, как трудно было искать наугад и уж вовсе невозможно "удержать" случайно найденное, не имея представления о внутреннем механизме явления. 


Состояния, достигаемые веществом вследствие фазового перехода второго рода, не являются стабильными, по прошествии некоторого времени они разрушаются и вещество возвращается в исходное состояние. Однако время их жизни может быть столь велико, что интересные изменения в свойствах можно легко использовать. "Омагниченная" вода "живет" примерно сутки – вполне достаточно. Начиная с 1980 года устройства для «омагничивания» воды – их назвали МГД резонаторами за высокую чувствительность к настройке – внедряются в практику, в основном для предотвращения накипи в котлах. 


Некоторые научные коллективы, в частности Институт прикладного машиностроения в Харькове, пытались "проталкивать" идею наверх, однако был уже конец 80-х годов, экономика СССР слабела, бюджетное финансирование научно-технических программ сворачивалось. А вскоре исчез и сам СССР...


А что делать людям, если исчезают государства? Они ищут другие формы собственного существования, в том числе и организационные, и продолжают делать то, что умеют. Вот и харьковские специалисты по омагничиванию воды объединились в частную фирму ЕТВ-технологии, которая и стала преемницей тех ранних разработок.


И что мы имеем «с гусь»?


Современный МГД резонатор, разработанный специалистами фирмы, монтируется в существующий технологический трубопровод на фланцах, и после настройки на резонанс в обслуживании не нуждается. В последующие годы фирма разработала и систему, обеспечивающую автоматическую адаптацию МГД резонатора к условиям его эксплуатации. 


При определенном сочетании скорости движения воды и магнитной индукции поля, создаваемого его постоянными магнитами, в жидкости происходит структурная перестройка, сопровождающаяся изменением ее физических свойств, причем ее физические константы можно направленно изменять как в ту, так и в другую сторону, что расширяет сферу его применения.


Приведем лишь несколько примеров.


На Сумско-Степановском сахарном комбинате, в период сахароварения 1999 - 2000 года был установлен МГД резонатор перед ХВО для удаления и предотвращения образования накипи в котлах ДКВР-10/23 и ДЕ-25/24. В результате эксплуатации МГД резонатора в течение 6 недель зафиксированы следующие результаты: увеличился пробег ионообменного фильтра примерно в 2 раза (экономия соли), ХВО работала качественно на старых реагентах, старая накипь отслаивалась и удалялась через продувки, а новая - не образовывалась. 


На металлургическом комбинате "АЗОВСТАЛЬ" в период с 25.05 по 27.11.2000 г. были проведены испытания МГД резонатора по предотвращению образования накипи на теплообменной поверхности газоохладителя компрессора ЦК-115\9 кислородного цеха согласно утвержденной программе испытаний. Традиционно, принимая во внимание большое количество растворенных в морской воде солей, теплообменная поверхность газоохладителя подвергалась чистке от солей жесткости ежемесячно. За период испытаний аппарата поверхность теплообмена газоохладителя осталась чистой (до металла), а ранее не удаленные отложения стали менее плотны (разрыхлились) и легко удалялись механически или постепенно смывались потоком воды.


На Запорожском масложиркомбинате 1 июня 2000 года был внедрен МГД резонатор на вводе городской воды, поступающей на ХВО. После двухнедельной его эксплуатации произошло разрушение старой железосодержащей накипи. Это подтверждается и результатами анализов воды. Появилась также тенденция к увеличению времени пробега ионообменных фильтров.


На неочищенном котле НИИСТУ-5 Ленинских ПТС (Харьковские тепловые сети) резонатор работал отопительный сезон 2000-2001 гг. и заменял ХВО (химводоочистку). Экспериментальные вырезки термонапряженных участков левых и правых экранов труб № 7 и № 9 показали поверхности, чистые до металла. В процессе эксплуатации из коллектора котла № 2 удалено до 40 кг отслоившегося шлама. К сожалению, руководители названной выше фирмы не проявили интереса к встрече с журналистом (видимо, его приняли за представителя «канадской фирмы»), поэтому автор вынужден пользоваться данными далеко не самых последних лет и не из самых первых рук. 


Таков практический эффект. 


Попытка обобщения


У этого практического эффекта имеется и совершенно другое измерение. Оно обнаруживается, если на омагничивание воды посмотреть более широко – как на способ управления ее физическими свойствами.


Есть физические величины, численные значения которых имеют поистине стратегическое значение, а умение управлять ими дает в руки умеющим неоспоримое преимущество перед не умеющими. К числу таких величин, бесспорно, принадлежат удельная теплоемкость и удельная теплота парообразования воды. Так называют количество теплоты, которое необходимо сообщить единице ее массы для повышения её температуры на один градус или превращения в пар соответственно, а возможность ими управлять открыла бы большие перспективы перед энергетикой, эффективность которой была и остается в сильной степени зависящей от нашего умения греть воду и превращать её в пар – даже на атомных станциях. Помилуйте, - скажет читатель, воспитанный на школьном учебнике физики,- это же бред какой-то, такого просто не может быть. И все же...


Рассказывали мне некогда такую историю, подтверждаемую многими страницами в интернете. В начале 80-х годов из Советского Союза в Соединенные Штаты эмигрировал выпускник Института холодильной промышленности в Одессе А. И. Калина, не имевший в СССР широкой известности, тем не менее – кандидат наук, член Ученого Совета министерства и советник Госплана СССР. Работая еще в Советском Союзе, он обнаружил, что растворение аммиака в воде сопровождается уменьшением теплоемкости раствора вдвое. Он предложил и просчитал новый термодинамический цикл для паротурбинных установок, основанный на использовании нового рабочего тела (раствора аммиака), который он назвал "циклом Калины" (повсеместно применяемый называется циклом Рэнкина). В настоящее время цикл Калины широко известен среди специалистов. Новый процесс имеет на 10 процентов больший коэффициент полезного действия, а значит, экономит 20 процентов топлива, и сопровождается на 30 процентов меньшими количествами выбросов (а это тоже очень важно, ибо тепловые электростанции и энергетические установки служат основными источниками загрязнения окружающей среды) и т.д. 


В СССР А. И. Калина получил около 90 авторских свидетельств. Для реализации одного из его изобретений (это был исключительно оригинальный проект т.н. капсульного трубопровода для транспортировки природного газа с Таймыра в Европу в состоянии гидрата, заключенного в капсулы) советское правительство решило даже создать отдельный институт, однако при этом начисто забыло о самом изобретателе – его как бы никогда и не существовало. Обнаружив же в своих новых авторских свидетельствах пяток подписей неведомых ему соавторов – руководителей того самого института, в котором изобретатель после долгих боев с чиновниками-антисемитами занял скромную должность начальника отдела – А. И. Калина обиделся и эмигрировал, а институт пришлось закрыть по причине его полной бесплодности. Ну не было в нем второго Калины!


В масштабах США внедрение в энергетику цикла Калины обещало тогда экономию в 26 миллиардов долларов ежегодно. Оперируя этими цифрами и заключениями независимых экспертов, А.И. Калине удалось убедить американское правительство вкладывать в его проекты деньги и оно профинансировало строительство демонстрационной электростанции мощностью в 1 мегаватт (это весьма скромная мощность, типичное значение мощности одного энергоблока АЭС в тысячу раз больше). В США его путь тоже не был усеян розами, но (к черту подробности!) в конце концов инновационная фирма, основанная более 100 лет тому назад самим Эдисоном (это – знаменитая Джэнерал Электрик), купила у него его изобретения за $250 млн.! Теперь они работают на экономику США, а упущенная выгода для России составляет сотни миллиардов долларов.


А где мораль, спросит читатель. Мораль в том, что достижения фундаментальной науки – не восхождения на вершины. Это достижения неких высоких горных террас, открывающих перед восходителями широчайшие просторы – целые, так сказать, интеллектуальные континенты для поисков технических решений стоящих перед человечеством проблем. Двадцатый век рвался «вперед и вверх», не очень оглядываясь по сторонам. Вполне возможно, что двадцать первый станет веком внимательного обследования открытых его предшественником пространств и их тщательного возделывания.


P.S. Вот ЗДЕСЬ читатель может узнать об А. И. Калине больше, чем я смог пересказать. Правда - не намного. Здесь - о воде Краснова.
P.P.S. Два сюжета – и оба о воде. Такой простой и обыкновенной. Но… оказывается, не очень-то она проста, эта “обыкновенная”. Так что, быть может, и для “воды Краснова” найдется соответствующий фазовый переход второго рода, и тогда отдающие привкусом эзотерики слова “витализация воды методом турбуленции” станут излишними.

2 комментария:

Анонимный комментирует...

Впечатляет...
Действительно, надо бы внимательно обдумывать то, что не можем видеть :)
Виктор

sterlyagov36 комментирует...

Два сюжета – и оба о воде. Такой простой и обыкновенной. Но… оказывается, не очень-то она проста, эта “обыкновенная”. Так что, быть может, и ” для “воды обыкновенной" найдется соответствующий фазовый переход второго рода? И объяснить ее "необычные" свойства не фазовым переходом и диаграммой состояния (а сколько математических формул?), а через нейтроны, т.к. все объяснения фазовых переходов были сделаны еще до открытия нейтронов! Стерлягов Владимир. 27.06.2014

Rambler's Top100 Полный анализ сайта Всё для Blogger(а) на Blogspot(е)! Закладки Google Закладки Google Закладки Google Delicious Memori БобрДобр Мистер Вонг Мое место 100 Закладок