Ist es möglich, einen Luftkompressor ohne bewegliche Teile zu bauen?

Ist es physikalisch möglich, einen Luftkompressor ohne bewegliche Teile zu bauen? Ich stelle mir einen thermodynamischen Zyklus vor, bei dem Luft ohne bewegliche Teile komprimiert und stationär betrieben werden kann. Es gibt keine Beschränkung für den Kompressionsfaktor, vorausgesetzt, er ist erheblich größer als eins (1,1, 2, 100 ...), aber das Design muss realisierbar sein.

Null bewegliche Teile sind eine große Einschränkung. Sie können dies als das Fehlen von Kolben, Kurbelwellen und anderen komplexen Mechanismen interpretieren, die sich mit der Zeit abnutzen. Wenn bewegliche Teile benötigt werden, welche sind die minimal erforderlichen beweglichen Teile mit den geringsten Wartungsanforderungen?

Es ist möglich, eine Luftpumpe / einen Luftkompressor ohne bewegliche Teile herzustellen.

Stellen Sie eine kleine, elektrisch nicht leitende Kammer her und stecken Sie 2 Elektroden hinein. Leiten Sie einen Lichtbogen durch die Elektroden, damit der Kammerdruck schnell ansteigt und abfällt. Verwenden Sie Tesla-Luftstrom-Rückschlagventile (da sie keine beweglichen Teile haben) für Einlass und Auslass.

Wenn sich der Lichtbogen über die Kammer bildet, wird die eingeschlossene Luft überhitzt und dehnt sich aufgrund der Tesla-Ventile größtenteils aus der Auslassöffnung aus. Dann kühlt sich die Kammer ab und saugt frische Luft durch das andere Tesla-Ventil an.

Dies kann auch mit jeder pulsierenden Wärmequelle erfolgen.

Wenn zum Ersetzen des Tesla-Ventils ein Dichtungsrückschlagventil verwendet wird, können Sie auch ein hohes Maß an Kompression aufrechterhalten.

Sie erreichen weder einen sehr hohen Durchfluss noch einen sehr hohen Druck (und Sie müssen den Gasaustritt kontrollieren), und die "nicht beweglichen Teile" werden etwas betrogen, aber Sie können einen Kompressor ohne bewegliche feste Teile herstellen. Außerdem ist es sehr energiesparend - Sie würden die Energie viel besser in Elektrizität umwandeln und einen klassischen Kompressor verwenden, aber wenn Sie aus irgendeinem Grund Druckluft ohne mechanische Teile erhalten möchten, wäre es das.

Sie benötigen einen starken Wasserfluss und einen großen Höhenunterschied. Nehmen Sie einen schnellen, starken Wasserfluss. Verwenden Sie entweder den Venturi-Effekt oder eine andere Methode, um das Wasser zu belüften - mischen Sie es mit Luft- / Gasblasen. Wenn das Wasser schnell das Rohr hinunterfließt, steigen die Blasen langsamer auf als der Wasserfluss - sie werden nach unten befördert. Trotz schneller Strömung ist der Auslass des Rohrs etwas verengt, und als Folge wächst der Wasserdruck mit der Höhe der Wassersäule, und mit dem Herunterdrücken der Wassersäule wächst auch der Druck in den Blasen.

Dann dreht sich das Rohr seitwärts. Die Blasen werden nicht mehr nach unten gezogen und bewegen sich so in Richtung der Rohroberseite, entweichen schließlich dem Wasserstrom und sammeln sich in einem Reservoir über der Rohroberkante. Sie stehen unter dem gleichen Druck wie das Wasser, das erst eine Verengung überwinden muss. Daher ist der Druck ziemlich hoch.

Natürlich funktioniert es nicht mit engen Rohren und geringem Durchfluss, da die Wasserviskosität die Abwärtsgeschwindigkeit und Druckverteilung verringern würde. Und die Menge der entnommenen Luft muss kontrolliert werden, da - anders als bei normalen Kompressoren - der Druck jederzeit aufrechterhalten wird, das Gasvolumen jedoch abnimmt. Wenn Sie es absaugen, wird Wasser angesaugt. Und offensichtlich gibt es bessere Verwendungsmöglichkeiten für einen Wasserfluss mit hohem Volumen und hohem Druck als für das Komprimieren von Luft. Es ist verschwenderisch, weil die meiste Energie des Wassers verloren geht. Trotzdem - das Konzept ist gesund; Wenn Sie die Höhe des Abwärtsrohrs skalieren, können Sie einen angemessenen Druck von etwa 1 bar pro 10 m erreichen. Das einzige physikalisch bewegliche Teil ist das Auslassventil, das sich während des Betriebs nicht bewegen muss.

Trompes sind sehr ähnlich und wurden früher verwendet, um Öfen mit Druckluft zu versorgen.

Die Hochspannungskonstruktion in einem Ionenflugzeug sorgt für einen Luftstrom ohne bewegliche Teile. Die Druckdifferenz ist sehr gering, aber die Kombination mehrerer Stufen erhöht sie.

Wenn man "bewegliche Teile" dahingehend interpretiert, dass jeder feste Teil des Geräts starr sein muss, und die Anforderung, einen konstanten Luftstrom mit einem konstanten Druck zu liefern, der nicht unwesentlich über dem Umgebungsdruck liegt, lautet die Antwort vermutlich eine qualifizierte nr.

Ich gehe auch davon aus, dass Kraftstoffe und Arbeitsflüssigkeiten nicht als "Teile" gelten.

Es erscheint vernünftig anzunehmen, dass ein praktisch entfernter Luftkompressor unter Bedingungen arbeitet, unter denen das ideale Gasgesetz gilt $p \propto \frac{NT}{V}$.

Ein Ansatz wäre, einen typischen Luftkompressor nachzuahmen und so viele bewegliche Teile wie möglich zu entfernen. Zum Beispiel so etwas wie ein Hydraulikzylinder Kolben, Laufräder, Schrauben usw. entfernen und es uns ermöglichen, Energie aus einem sich bewegenden Gewässer zu extrahieren, um Luft zu komprimieren, aber es sind immer noch Ventile erforderlich. Eine ventillose Pumpe, wie in diesem Video gezeigt, benötigt einen speziellen rotierenden Kolben. Ein Basissiphon hat überhaupt keine beweglichen Teile und kann Druck erzeugen, wenn Sie den unteren Behälter umschließen, ist aber als Teil eines Luftkompressors völlig unpraktisch - und selbst wenn dies nicht der Fall wäre, würden Sie immer noch eine Art Ventil benötigen die Druckluft liefern.

Ein anderer Ansatz ist die Manipulation der Temperatur, was sich nach Ihren Vorstellungen anhört. Es ist leicht genug, Wärme zu erzeugen, ohne Teile zu bewegen. ein Brenner oder eine elektrische Spule wird es tun. Aber wie kommt man um das Ventilproblem herum? Damit sich der Druck aufbaut, benötigen Sie einen geschlossenen Raum, und sobald Sie Druck haben, muss die Luft aus diesem geschlossenen Raum austreten. Wenn Sie kreativ werden möchten, können Sie so etwas wie eine Blende mit einer Öffnung ausprobieren, die sich nur öffnet, wenn sich die Blende erweitert hat. Der Druck wird dann seinen eigenen Ausgang machen. Ein sich ausdehnendes und zusammenziehendes festes Zwerchfell oder eine Blase scheint mir aber auch ein bewegendes Teil zu sein. Es könnte haltbarer sein als andere Arten von beweglichen Teilen, nehme ich an, aber es könnte auch nicht so sein.

Um einen konstanten Druckstrom zu erzeugen, benötigen Sie einen Vorratsbehälter, und die Größe Ihres Förderdrucks wird erheblich reduziert, basierend auf der Obergrenze des Drucks, den Sie im Vorratsbehälter entwickeln können, und wie schnell Sie ihn entwickeln können. Die in vorgeschlagenen Tesla-Ventile der Antwort von netduke wurden, sind sehr clever, aber sie sind wirklich differenzielle Durchflussbegrenzer. Ich sehe nicht, dass sie in der Lage sind, Druck in einem Tank zu entwickeln und zu halten, den Sie bei Bedarf für pneumatische Kraft ablassen können.

Der Grund, warum es ein "qualifiziertes" Nein ist, ist dies. Theoretisch, wenn Sie akzeptieren, dass Ihr Luftkompressor für die meisten Zwecke völlig unpraktisch ist, zählen Sie elastische Verformungen nicht als Bewegung und "betrügen" Sie ein paar Mal mit Ventilen und Reglern, dann ja. Sie können ein Gerät erstellen, das Luft in einem Tank komprimiert, und dann damit tun, was Sie wollen. In der Praxis klingt es nach einer schlechten Idee, die sich nicht gut skalieren lässt, aber es ist eine interessante Übung, mit der man spielen kann.

Eine weitere Einschränkung ist, dass Sie im mikrofluidischen Kontext möglicherweise eine völlig andere Antwort erhalten.

Die Knudsen-Pumpe hat keine beweglichen Teile und basiert auf thermischer Diffusion (Gas strömt vom Niedrigtemperatur- zum Hochtemperaturende eines Rohrs). Der Gegendruck, dem die Strömung widerstehen kann, wird als thermomolekulare Druckdifferenz bezeichnet und ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem mittleren freien Weg des Gases und den Abmessungen der Rohrwände. Bei den modernen Fortschritten des Konzepts wurden verschiedene Materialien wie Zeolithe verwendet, die aus Nano- Poren abschuppen, um dieses Verhältnis zu verbessern.

Ja. Ein erstaunliches Gerät namens Tromp oder Trompe . Der Wasserfluss über und über einen Trichter mit einem Strohhalm oder einer Röhre, die über dem Wasserspiegel liegt. Das fließende Wasser schleppt die Umgebungsluft mit sich, zieht die Luft durch den Strohhalm und versorgt das Wasser mit Sauerstoff mit kleinen Luftblasen. Das Wasser fließt durch die Röhre unter dem Fluss oder Strom, in den es geleitet wird, und während es sich horizontal durch die Röhre bewegt, entweichen die Luftblasen in einen oder zwei Lufttanks, die mit der Röhre verbunden sind. Dadurch wird die Luft komprimiert. Solange Wasser fließt, komprimiert sich die Luft in den Tanks.

Vor ungefähr 100 Jahren wurde in einem großen Bergbaubetrieb in Kanada ein Tromp zum Antrieb aller Druckluftbohrer usw. verwendet. Warum es heute nicht verwendet wird, ist rätselhaft?

Dies kann leicht mit einem Überschallfluss durchgeführt werden. Entweder Wärmezufuhr oder Stoßwellen.

Angenommen, diese Frage ist eine theoretische, kann die Antwort die Erwärmung der Luft sein. Es ähnelt Nachbrennern in Militärjets. Siehe: Wikipedia \ afterburner Sie müssen keine brennende Flüssigkeit in Ihren Durchfluss einfüllen, wenn Sie Kanäle verwenden, wie bei einem Brauchwasserbereiter.

Hierin wird das Prinzip des Nachbrenners in Bezug auf die Erhöhung des Drucks eines Luftstroms zitiert: "Der Nachbrenner spritzt dann Brennstoff stromabwärts der Turbine ein und erwärmt das Gas wieder. In Verbindung mit der zugefügten Wärme steigt der Druck im Auspuff und im Gas wird mit einer höheren Geschwindigkeit durch die Düse ausgestoßen. Der Massenstrom wird auch durch die Zugabe des Brennstoffs geringfügig erhöht. "

Dies ist absolut möglich und wird seit einiger Zeit in thermoakustischen Kompressoren durchgeführt . Ursprünglich wurden sie für Kryo-Kühler entwickelt, um Gase in Flüssigkeiten zu kondensieren, und das bleibt ihre Hauptanwendung, obwohl es Unternehmen gibt, die daran arbeiten, diese Technologie auf ein Verbraucherniveau zu bringen. Diese Kompressoren haben keine oder höchstens einen beweglichen Teil (die Schallquelle). Sie haben auch den Vorteil, dass sie keine Treibhausgase verwenden.