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Grenzschichtströmungsmaschine

 
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Grenzschichtströmungsmaschine
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MooHo



Anmeldungsdatum: 24.04.2009
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Beitrag Grenzschichtströmungsmaschine Antworten mit Zitat
Die Grenzschichtströmungsmaschine ist besser bekannt als Tesla Turbine, obwohl sie zwar eine Strömungskraftwandlungsmaschine ist trifft die Bezeichnung Turbine nicht 100% zu.

Nikolai Tesla ein genialer Ingenieur und Erfinder, ohne den wir uns unsere heutige elektrische Welt nicht vorstellen können, hat sich auch um die Energieerzeugung Gedanken gemacht. !906 erhielt  er ein Patent über eine "Boundary Layer" Maschine.

Das besondere an dieser Maschine ist, das sie sehr einfach im Aufbau ist. Keine Flügel, Propeller oder sonstwas, sonder nur glatte Scheiben.

Das Medium (Gas, Dampf oder Flüssigkeit) tritt tangential in die Maschine und verläßt diese radial.

Tesla selbst beanspruchte, daß diese Maschine einen Wirkungsgrad von weit über 60% hat. Theoretisch hat er gar nicht unrecht, die Maschine könnte solche Wirkungsgrade erreichen, wenn nur das entsprechende Material verfügbar wäre.

Meine eigenen theoretischen Berechnungen (ich beschäftige mich schon seit einigen Jahren mit dieser Maschine) haben einen Wirkungsgrad von 61% ergeben bei einer Gastemperatur von mindestens 1.500°K und einer Drehzahl von 200.000/min. Nun kann sich auch ein nicht mit der Materie vertrauter Laie vorstellen, daß die Zentrifugalkräfte bei diesen Bedingungen die zuläßigen Zugkräfte bei weitem übersteigen. Selbst bei nur ca. 800°K und einer Drehzahl von 30.000/min ist man schon an der Streckgrenze für jedes hochwarmfeste Material.

Mit heute verfügbaren Material kann nur ein Wirkungsgrad knapp über 20% erziehlt werden, was die Maschine in den Bereich der Kolbenströmungsmaschinen bringt.

An sich wäre das nicht tragisch, da die Tesla Maschine sehr einfach im Aufbau ist und sich in der Wartung wesentlich einfacher handhaben läßt. Jedoch täuscht der einfache Aufbau. Die Scheiben müßen äußerst präzise gefertigt werden (planparallel und glatt), zum anderen muß der Spalt zwischen den Scheiben sehr gering sein, um nicht noch weiteren Wirkungsgradverlust herzurufen. Bei Biogas und 800°K  sollte der Abstand der Scheiben 0,7mm nicht übersteigen (bei Dampf unter den selben Bedingungen 0,5mm).

Die Gründe dafür sind, daß das Wirkprinzip der Maschine auf den Grenzschichtenkräften beruht (Adhäsion und Mediumviskosität). Dadurch übt das strömende Medium eine Kraft auf die glatten Scheiben aus und "schleppt" diese in Strömungsrichtung mit.

Wer im Internet "Tesla Turbine" googelt oder yahoot onder sonstwie sucht wird schnell fündig. Leider muß ich den Interessierten warnen. Nikolai Tesla wurden zwischenzeitlich fast vollständig von Esoterikern, Verschwörungstheoretikern und anderweitigen Spinnern vereinnahmt. Man wird vieles über freie Energie finden (Achtung, Finger weg, Spinner) Tesla Pupurscheiben (Achtung Finger weg, betrügerische Esoteriker) und noch viele andere negative Beispiele.

Man wird aber fündig in Bezug auf wissenschaftliche Untersuchungen (Universität Wien, Strömungsmodelle), Hoobymaschinenbauer (hauptsächlich luftgetriebene Teslamaschinen).

Ich hoffe der eine oder andere wird sich auf die Suche machen und das Genie Nikolai Tesla neu entdecken.

Nur so nebenbei bemerkt, ich werde mich demnächst an den Bau einer solchen Maschine wagen und untersuchen wieweit man mit bescheidenen Fertigungsmitteln kommt. Ein paar verschiedene Modelle sind schon fast fertig am Computer erstellt und nur noch wenige konstruktive Probleme zu lösen.
24.04.2009 15:23 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Jack



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Beitrag Aufbau Antworten mit Zitat
Hallo Mooho

habe mal ein wenig Informationen geholt und auch funktionierend Modelle bei YouTube angeschaut.
guter Link: http://www.tesla-turbines.com/construction.htm
Das (wie auch der Wärmemotor) wäre ein Projekt nach meinem Herzen.
Leider habe ich weder kleine Drehbank noch Fräser noch Material.

Die "Bastler" (kein negativer Ausdruck, eher das Gegenteil) benutzen für die Scheiben meistens wärmeempfindliche CD's.
Sollte ich ein funktionierendes Model herstellen so würde auch ich die Platten sowie Lager aus Harddisk's verwenden.
http://www.youtube.com/watch?v=JGMoMSnt-o4
Sie sind weniger Wärmeempfindlich, gut angeordnet und meistens auch bestens ausgewuchtet.
Da ist auch das meiste bereits vormontiert.
Und alte, defekte HD's bekommt man auch billig
Aufgefallen ist mir,  dass der Gasaustritt durch Löcher in den Scheiben im 90° Winkel zur Seite erfolgt.
Das stört oder bremst meines Erachtens die Gase in den Scheiben, die mit den Gasen der vorherigen Scheiben mitdurchflossen werden.
Etwas kompliziert ausgedrückt, hoffe du hast den Sinn verstanden.
Warum nicht innen durch die Achse und dann darin seitlich abgelenkt?
Eventuell die Achse innen so gedreht dass sich die Luft wie bei einer Spirale weiterhin dreht und nach aussen entweicht.
In dem Fall würde die Gasgeschwindigkeit noch etwas erhöhen.

Ich hoffe dass ich keinen Stuss geschrieben habe, ist es doch bereits kurz vor 2:00 Uhr
Wenn Fehler zu entdecken sind, bitte korrigieren.
Ich bin noch nicht zu alt um zu lernen, aber vor allem noch nicht zu alt um zu denken, wenn auch nicht unbedingt immer richtig

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09.09.2010 03:24 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden E-Mail senden
MooHo



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Beitrag (Kein Titel) Antworten mit Zitat

Die Idee   der Hohlwelle    hatte   ich auch   schon   (andere      vor    mir auch, htte ich     aber    erst    später entdeckt)   und eineMaschine    in 3D mit   Hohlwelle   konstruiert. Ob dieUmlenkung    in oder   außerhalb    der Welle    stattfindet     spielt     keine Rolle, denn      die    Richtungsänderung selbst    ist    die    maßgebliche Störung.   Ich wollte    die    ungestörte Fläche der    Scheiben   vergrößern, denn    Innen-   und Außendurchmesser    der ungestörten Fläche    fließen    in die    Leistung    und     Effizienz der    Maschine    ein.  Das   Medium fließt    spiralförmig an    den Scheiben entlang. Je    länger der    Weg ist, desto    mehr    Energie    wird    an    dieScheiben    übertragen

Selbst mit Scheiben    der HDs    läßt sich     keine    effiziente Maschine    bauen.   Die Temperaturen    müßen mindestens    600°C bei sein und    da    macht vielMaterialschlapp,besonders     wenn   man berücksichtigt, daß die     Drehzahl über60.000rpm betragen    sollte. Bei    höherer Temperatur    kann dieDrehzahl geringer    werden. Aber     das    geht    zu     Lasten    der   Effizienz.
09.09.2010 07:31 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
MooHo



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Beitrag Tesla Turbine Antworten mit Zitat
Vielleicht habt ihr ja irgendwann mal mitbekommen, daß ich mich mit der Tesla-Turbine beschäftige.

Sucht man in der Literatur findet man die unterschiedlichsten Aussagen.

Theoretisch kann diese einen Wirkungsgrad von 61% erreichen, jedoch nur bei hohen Temperaturen und Drehzahlen. Es sollten aber durchaus 25-30% drin sein mit verfügbaren Materialien, gebaute Maschinen erreichen diesen Wirkungsgrad aber nie. Ich glaube ich habe nun herausgefunden warum.

Die Spaltbreite zwischen den Läuferscheiben ist eine entscheidende Größe! Die Energieübertragung des Fluids auf die Welle hängt von der Grenzschicht ab, ist der Spalt größer als die Doppelte Grenzschicht, so steht dieses Fluid nicht zur Energieübetragung zur Verfügung.

Beispiel Wasserdampf, 10 bar, 180°C

Bei 10 Scheiben (Aussendurchm. 200mm, Innendurchmesser 55mm) ergibt sich eine theoretische Leistung von 52,96kW. Die Grenzfläche ist aber 0,01mm, das heißt der Spalt zwischen 2 Scheiben muß 0,02mm betragen.
Beträgt der Spalt jedoch 1mm, so stehen 98% des Fluids nicht zur Energieübetragung zur Verfügung die Leistung fällt auf 21,18W, bei 2mm Spalt auf 5,3W

Hieran kann man deutlich erkennen, daß eine Tesla Turbine effizient gebaut werden kann, aber diese Effizient signifikant verliert, wenn die Betriebsbedingungen nicht konstant bleiben, da man den Spalt nicht im Betrieb anpassen ksann.
19.02.2012 18:14 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Jack



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Beitrag Toleranzen Antworten mit Zitat
wie willst du ein Material so aufbauen, dass es bei einer Temperatur von 180°C einen Spalt von gerade mal 2 Hundertstel Millimeter einnimmt und bei einer ev. Temperaturänderung von sagen wir mal 10% nicht so stark ausdehnt, dass der Spalt sich schliesst?
Bei einer Scheibendicke von nur 2mm sind 0.02mm gerade mal 1%.
Legierungen sind möglich, aber der Preis für so eine Apparatur liegt dann vermutlich in einer Preisklasse jenseits von Gut und Böse.
Nur meine Meinung, habe heute zu wenig Ahnung von Materialeigenschaften verschiedener Legierungen.

Bei der Temperatur und der hohen Drehzahl muss auch eine entsprechende Lagerung gebaut werden und die Auswuchtung des Systems ist keinesfalls als Nebensachen einzuschätzen, auch diese unterliegt den Temperaturschwankungen.
Lass uns wieder mal was von deiner Idee lesen

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16.04.2012 14:46 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden E-Mail senden
MooHo



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Beitrag (Kein Titel) Antworten mit Zitat
Jack die meisten Verbrennungsgase haben die Eigenschaft, daß die Viskosität mit der Temperatur zunimmt. Daher auch der (Gedanken)versuch mit höheren Temperaturen und den hohen Drehzahlen.
Die Scheibendicke muß nicht groß sein, da die Kräfte parallel zur Oberfläche wirken und andere Richtungen nicht vorkommen. Diese Kräfte sind im Vergleich zu den Fliehkräften gering. Die seitliche Ausdehnung wird nicht zum Problem werden, da diese im vergleich zur radialen Dehnung gering sind. Auch diese wäre nicht problematisch da das Gehäuse nicht notwendierweise mit den Scheiben abschließen muß. Probleme versuchen die Fliehkräfte, werden diese größer als zuläßige Zugspannung erlaubt, wird die Scheibe in radiale Richtung gedehnt, je weiter die Dehnung fortschreitet, desto geringer werden die Kräfte die zur zerstörung nötig sind.

Momentan überlege ich mir eine Tesla-Pumpe zu bauen. Auch diese kann über vielfältige Einsatzmöglichkeiten verfügen. Da die Viskosität von Flüssigkeiten weit über denen vion Gasen liegt, kann der Abstand zwischen den Scheiben auch deutlich größer werden. Der Vorteil dieser Pumpe ist, das sie Kavitationfrei ist. Auch wird die Abrasion an den Flügeln, wie bei Kreiselpumpen, ziemlich wegfallen. (Ich habe eine Kreiselpumpe gesehen, bei der durch Abrasion diese Flügel fast vollständig weg waren und die Pumpe immer noch arbeitete, zwar mit etwas verringerter Förderleistung, aber immerhin. Und diese4s beispiel zeigt auch das eine Tesla-Pumpe funktioniert, denn diese ist nichts anderes als eine Kreiselpumpe hne Flügel)
Ein weiterer Vorteil ist das diese Pumpe Mehrphasengemische ohne Probleme fördern kann. Ich hab da gerade einen Fall in einer speziellen Biogasanlage, wo konventionelle Pumpe (auch Excenterschneckenpumpen) an ihre leistungsgrenzen stoßen und die Lebensdauer nur kurz ist.
16.04.2012 22:51 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Jack



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Beitrag andere Gedanken Antworten mit Zitat
mag sein, dass ich deinen Gedankengängen nicht so folgen kann wie es nötig wäre.
"10 Scheiben (Aussendurchm. 200mm, Innendurchmesser 55mm) ergibt sich eine theoretische Leistung von 52,96kW"
wenn die Scheiben diese Kraft an die Achse übergeben müssen, braucht es schon gutes Material wenn sie nur 1mm dick sind, auch wenn sich die Scheiben teilweise selbst unterstützen.
Dies war der Grund, dass ich mindestens 2mm Dicke annahm, wobei auch das meines Erachtens noch kritisch ist.
Beim "durchdringen" der Gase wird das Material der Scheiben vermutlich angegriffen und somit muss das Material recht "zäh" sein.
Da darf sich auch nicht die kleinste Verschmutzung einschleichen.
(sorry, mir fallen zur Zeit die technischen Ausdrücke nicht ein, darum einige Worte in Anführungszeichen)
Viel Glück bei der Weiterverfolgung deiner Projekte.
Leider kann ich oftmals zu wenig mitmischen, mir fehlen die Kenntnisse der Materie.
Lass uns auch in Zukunft den Stand der Dinge lesen

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16.04.2012 23:58 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden E-Mail senden
MooHo



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Beitrag (Kein Titel) Antworten mit Zitat
Jack, die Grenzschicht ist eine Schicht zwischen festkörper und strömenden Fluid. Diese haftet an der Oberfläche des Festkörpers. Die Grenzscvhicht ist auf de gesamten Fläche vorhanden, sodaß lokal nur kleinste Kräfte wirken.

Wegen dieser grenzschicht ist eine Interaktion von Fluid und Festkörper gering, Abrasion ist kaum vorhanden. Verschmutzungen stellen auch kein Problem dar, denn die Partikel werden auf Grund des kräftegleichgewichtes sich hauptsächlich in der Mitte der Strömung zwischen den beiden Scheiben wiederfinden.

Natürlich hast du recht, wenn die Dicke der Scheiben größer ist, kann sie mehr Scherkraft aufnehmen. Die zentrifugalkräfte werden bei den hohen Drehzahlen so groß. material, daß diesen Kräften standhalten kann, wird ohne weiteres mit den Seitenkräften fertig.

Die Scheibendicke hat auch keinen Einfluß auf das rechnerische Ergebnis der maschine, diese baut nur größer (und schwerer) bei größeren Dicken. Was außer den Kosten auch kein Problem darstellt, da die Maschine immer in Leerlauf anfahren muß. Bei größerer Masse dauert das Anfahren halt etwas länger.

Das Material muß nicht unbedingt besonders korrosionsbeständig sein. Bei den Temperaturen tritt keine Korrosion auf. Diese findet bedingngen beim An- und Abfahren, wobei das Anfahren nicht kritisch ist, da sehr schnell die hohen Temperaturen erreicht werden. Um die bedingunge für Korrosion zu mindern, muß unmittelbar nach dem Abfahren die maschine mit Luft gespült werden, sodaß Feuchtigkeit an der kondensation gehindert wird. Das material muß nur den Kräften bei den ohen temperaturen standhalten, und so eins habe ich bisher nicht gefunden.
17.04.2012 13:24 Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
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