Эффект юткина схема: Эффект Юткина – электрогидравлический эффект своими руками собрать схему применение л а двигатель книга википедия схема видео

Для начала, спаяем конденсаторы вместе, параллельно. Сделаем два блока по четыре штуки. Запаяли, теперь у нас получилось два блока конденсаторов. Сделано это вот для чего: есть два блока конденсаторов, по 4 кВ 0.4 мкФ. Теперь можно их включить, как параллельно, закоротив два вот этих вывода, так и последовательно. В первом случае у нас будет 0,8 мкФ на 4 кВ, а во втором случае 8 кВ 0,2 мкФ.

В этом опыте по воспроизведению эффекта Юткина будем включать их параллельно, поэтому сейчас закоротим два вывода с помощью кусочка медной проволоки. Кстати говоря, этот же кусочек медной проволоки будет одним из выводов разрядника. Поэтому согнем его буквой Г и впаяем на нашу плату. Обращаем внимание, концы разрядников должны быть заточены, заточены на иглу. Сделаем это чуть позже надфилем. Сейчас их впаяем на основу.

Электроника для самоделок в

Таким же образом готовим второй вывод разрядника. Все, разрядник почти готов, осталось только заточить два вот этих электрода. Теперь этой проволокой соединяем разрядник вместе с конденсаторами, ну и выполняем параллельное соединение конденсаторов. Далее делаем второй разрядник, берем еще один кусочек провода, но изоляцию с него сразу же не снимаем своими руками. Снимаем сантиметров по 4 изоляции с каждой стороны, выравниваем его и окручиваем вокруг болванки подходящего диаметра.

Еще одна конструкция, которая состоит из 6 деталей.

Сердце установки Юткина — это конденсатор. Его можно изготовить в домашних условиях. Делается очень просто. Фольга, пленка, носок и мячик. Мячик прижимает фольгу. Голова установки — формирующий разрядник. Тоже изготовить несложно. Катушка зажигания от машины. Электронный трансформатор, его можно приобрести в любом магазине. Перематываем обмотку и получаем 24 киловольта. Это устройство подсоединяем к конденсатору через диод к формирующему разряднику. Последний извлекаем из микроволновки. Соединяем кавитатор, который стоит в воде. Вода родниковая. Включаем.

Эффект Юткина – электрогидравлический эффект своими руками собрать приложение схема л и двигатель книга википедия схема видео

Эффект Юткина – электрогидравлический эффект.

Эффект или электрогидравлический эффект Юткина представляет собой электрический разряд высокого напряжения в жидкой среде. Он вызывает различные физические явления, такие как возникновение сверхвысокого импульсного гидравлического давления (мощный молот с локальным давлением выше ста тысяч атмосфер), электромагнитное излучение в широком диапазоне частот, в том числе, при определенных условиях, до рентгеновского, явления кавитации.

Описание

Особенности и преимущества эффекта Юткина

Получение электрогидравлического эффекта

Принципиальная схема эффекта Юткина

Применение, в том числе переработка торфа, добыча растительного сырья

Эффект или Электрогидравлический эффект Юткина представляет собой высоковольтный электрический разряд в жидкой среде. При образовании электрического разряда в жидкости выделение энергии происходит за относительно короткий промежуток времени. Мощный высоковольтный электрический импульс с крутым передним фронтом вызывает различные физические явления, такие как возникновение сверхвысокого импульсного гидравлического давления (мощный молот с локальным давлением выше ста тысяч атмосфер), электромагнитное излучение в широкой частоте диапазоне, в том числе, при определенных условиях, до рентгеновских, кавитационных явлений. Эти факторы воздействуют на жидкость и находящиеся в ней тела различного физико-химического воздействия.

Впервые этот эффект открыл (1933 г.) и исследовал наш соотечественник – советский ученый Лев Юткин, по имени которого этот эффект и был назван.

Электрогидравлический эффект Юткина самое определение, это способ преобразования электрической энергии в механическую, производимый без посредства промежуточных механических звеньев, с высоким коэффициентом полезного действия.

Свойства и преимущества эффекта Юткина:

– локальное повышение давления до нескольких десятков тысяч атмосфер. Из-за несжимаемости воды и, как следствие, распределения этого давления по всему объему воды это свойство может быть использовано для дробления и измельчения горных пород, прессования и штамповки металлов, а также для передачи других видов механической энергии , например в крутящем моменте за счет применения кривошипно-шатунных механизмов специальной конструкции,

– местное повышение температуры. Температура жидкости возрастает непропорционально быстрее затрачиваемого на электрогидравлический эффект электричества, что позволяет строить на этом эффекте высокоэффективные нагревательные устройства. Это свойство тепла появляется вместе с упомянутым выше свойством локального повышения давления, что дает возможность использовать оба этих свойства

– выделение водяного коричневого газа (смесь водорода и кислорода).

Получение электрогидравлического воздействия:

Электрогидравлический разряд возникает при воздействии на жидкость импульсного напряжения достаточной амплитуды и длительности, что приводит к развитию электрического пробоя. Характерное время переднего фронта разряда импульса тока от долей микросекунды до нескольких микросекунд. Крутой фронт напряжения, приложенного к разрядному промежутку в жидкости, является отличительной чертой и непременным условием эффекта Юткина.

Для получения электрогидравлического эффекта переменный ток из сети подается на повышающий трансформатор, где напряжение повышается до нескольких кВ. Далее электрический ток выпрямляется диодами и поступает на конденсатор, где нарастает напряжение до нужной величины. После этого помещенные в воду электроды генерируют высоковольтный пробой, который вызывает появление электрошока, проявляющегося в виде громкого взрыва с локальным повышением давления на несколько десятков тысяч атмосфер, локальным повышением температуры, и т. д.

Одним из самых серьезных практических достоинств и преимуществ этого эффекта является его абсолютная повторяемость и простота реализации даже в домашних условиях, без использования дорогостоящего лабораторного оборудования и материалов.

Принципиальная схема эффекта Юткина:

Автор неоднократно модернизировал и улучшал свои конструкции, например, первоначальная концепция в итоге была реализована с использованием двух ОПН, что, по словам его Создателя, значительно увеличило крутизну фронта импульса и сделал схему более эффективной и простой в настройке.

Примечание: R – зарядное сопротивление, Тр – трансформатор, V – выпрямитель, FP – формирующий разрядник, PA – рабочий разрядник в жидкости, От конденсатора, BP1 и BP2, образующие разрядники 1 и 2.

Применение:

– разные виды очистки

– снятие напряжения,

–

2 штамповка,

3 42 сварка,

– электрогидравлические молоты и вибраторы,

– электрогидравлические насосы,

– дробление и измельчение,

– (де)эмульгирование,

– дезинфекция,

Примечание: © Photo ,

Разрушение клеточной стенки водорослей электрогидравлическим ударом | Extrica

1. Введение

Разряд в жидкости изучался в восемнадцатом веке Лейном и Пристли, а в двадцатом веке Сведбергом и другими, которые определили, что электрический пробой в жидкостях и воздухе связан с искрой как узким светящимся каналом. . Однако они не заметили, что разряд в жидкости представляет собой новый способ преобразования электрической энергии в механическую.

Этот, казалось бы, примитивный принцип содержит основные компоненты современной системы разряда энергии: 1) конденсатор для накопления энергии, 2) разрядный электрод, 3) искровой разрядник, 4) передающая жидкость и 5) бак. Методика была усовершенствована русским ученым Л. А. Юткиным и продемонстрирована в 1938 г. как промышленный инструмент для обработки металлов давлением. В 1948 г. немецкий физик Ф. Фрунгель [1], оценив низкий механический КПД электрического разряда в жидкости, пришел к выводу о бесперспективности его применения. Несмотря на это, Л. А. Юткин предложил в 1950 использовать электрические разряды в жидкостях в некоторых технологических процессах, в частности был открыт способ создания высоких и сверхвысоких давлений [2] и изобретено множество устройств. Лицензии на ряд из них были проданы в Великобританию, Венгрию, Германию, Испанию, США, Японию и другие страны. Более того, на основе этого эффекта было открыто совершенно новое направление в использовании разрядных явлений – Импульсно-Разрядная Технология (ИДТ) [3].

Необходимый высоковольтный источник питания постоянного тока более 20 кВ для зарядки конденсаторной батареи емкостью от 0,01 до 10 мкФ. Когда активируется электронная схема запуска, энергия быстро затухает в электродах искрового промежутка в заполненном водой баке. Внезапное высвобождение запасенной энергии приводит к образованию скоплений пузырьков пара, которые приобретают характеристики плазмы. Время жизни плазмы составляет менее 5-10 мкс, в зависимости от величины емкости. Мгновенная температура может достигать 30 000 ° C, а давление, по оценкам, достигает пика при 10 000 атм и выше.

2. Экспериментальное исследование

Все компоненты находятся под высоким напряжением, что необходимо, чтобы уделить больше внимания безопасности и сроку службы искрового промежутка и электродов. Схема предлагаемой электрогидравлической системы для разрушения клеточных стенок водорослей показана на рис. 1. Высоковольтный источник питания представляет собой обратноходовой преобразователь постоянного тока в постоянный, который принимает мощность переменного тока при 220 В и 1,5 А и преобразует ее в мощность постоянного тока при 26 000 В и 10 мА. В представленной системе используется один конденсатор емкостью 0,01 мкФ. Зарядный резистор имеет сопротивление 10 Ом. Переключатель воздушного зазора, обозначенный на рис. 1 как искровой разрядник, состоит из двух стальных шариковых электродов диаметром 1,5 см, разделенных регулируемым зазором. Однако использование игнитрона в качестве электронного триггера вместо искрового разрядника для этой схемы предпочтительнее. Водяной зазор между двумя электродами состоит из двух покрытых оловом медных электродов диаметром 1 мм, разделенных зазором 2,5 см. Измеритель напряжения, обозначенный буквой «V» на рис. 1, считывает потенциал на конденсаторной батарее, уменьшенный в 100 раз за счет использования щупа-ослабителя с входным сопротивлением около 1 ТОм. Киловольтметр, разработанный и изготовленный в нашей лаборатории, состоит из резисторов 1 ТОм 50 кВ и 10 МОм 1 кВ в качестве пассивного делителя и оптического высокоомного вольтметра (до 600 В с входным сопротивлением более 100 ТОм).

Рис. 1. Электрогидравлическая система

Стабильность и энергия взрыва искры зависят от состояния и геометрии электрода. Толщина электрода, материал и изоляционные свойства очень важны. Электроды имеют специальную конструкцию для предотвращения возникновения паразитных стримеров [4], как показано на рис. 2. Такая геометрия необходима для защиты электродов от пробоя диэлектрика и повреждений изолятора. Медные электроды покрыты оловом.

Рис. 2. Конструкция электродов

2.1. Искровой разрядник

Водяной промежуток можно смоделировать как резистор с большим номиналом, включенный параллельно с небольшим конденсатором [5]. Сопротивление обратно пропорционально проводимости k (См/см) воды согласно следующему соотношению:

(1)

R=lkA,

площадь поверхности лицевой стороны электрода (см ² ). Емкость водяного зазора связана с диэлектрической проницаемостью воды K следующим образом:

(2)

CF=ε0KAl,

где ε0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства. Диэлектрическая проницаемость водопроводной воды составляет примерно 50, что означает, что емкость составляет примерно 0,0018 нФ. Проводимость водопроводной воды обычно составляет от 100 до 200 мкСм/см [6], поэтому сопротивление водяного зазора составляет около 1,67 МОм.

Чтобы быть точным, уравнения. (1) и (2) можно применить и к воздушному зазору, но емкость на несколько порядков ниже по сравнению с водяным зазором, а сопротивление настолько велико, что его можно считать бесконечным. Таким образом, по крайней мере вначале воздушный зазор действует как разрыв в цепи.

Рис. 3. а) Явление кавитации при электрогидравлическом ударе и б) структура искрового канала и распределение давления электроды, погруженные в резервуар с водой. Кавитационное явление электрогидравлического удара и распределение давления в канале молнии представлены на рис. 3. Кавитационный тор (кавитационное кольцо) состоит из множества круглых и вытянутых пузырьков. Эффект взрыва сильно зависит от емкости конденсатора и приложенного напряжения, мы можем варьировать электрогидравлическую ударную волну от «мягкой» до «жесткой» [4].

Когда в воздушном зазоре начинает течь ток, газ ионизируется электронами до точки, где он становится плазмой. Плазма — это динамическое субатомное состояние вещества с высокой проводимостью, состоящее из ионов, свободных электронов и радикалов.

Плазменный канал между электродами расширяется по мере увеличения тока, достигая очень высоких локальных температур и давлений, испуская видимый и ультрафиолетовый свет. Электроны текут к аноду, а катионы к катоду. Поверхность катода со временем повреждается ударяющими катионами. Анод не так сильно повреждается электронами, так как они намного легче и имеют меньшую кинетическую энергию, чем катионы [7].

Как только водяной зазор начинает срабатывать, сопротивление падает, а напряжение на нем падает примерно до 150 В, как и в воздушном зазоре. Конденсаторы разряжаются по уравнению [8]:

(3)

Uc=U0e-tRC,

где U0 – начальное напряжение на конденсаторе, а R фактически ближе к 0,5 Ом, за счет добавочного сопротивления на 1 м диам. Провод 1 мм, идущий от конденсаторного блока к погружному блоку и обратно. Постоянная времени разряда составляет около 5 нс.

После того, как оба промежутка (воздушный и водяной) зажгутся и конденсаторы начнут разряжаться, ток будет однородным относительно положения во всей разрядной цепи и будет меняться во времени согласно уравнению [8]:

(4)

I=U0Re-tRC,

где U0/R — максимальный ток в цепи, рассчитанный примерно как 52 кА.

Перед разрядом конденсатор накапливает энергию по уравнению:

(5)

Ec=12CUc2,

, что соответствует максимальной запасенной энергии 3,38 Дж, которая выделяется при каждом разряде конденсатора. Эта энергия рассеивается в плазменном канале во время разряда.

2.2. Экспериментальные результаты

Прототип электрогидравлического удара был создан для экспериментальных исследований, как показано на рис. 4. Конденсатор разряжается 10 раз (рассеиваемая энергия около 33,8 Дж) через водную смесь клеток водорослей, в течение ок. 1,2 секунды в электрогидравлическом ударном реакторе, как показано на рис. 4. Рис. 4 (а) представляет собой экспериментальную установку перед разрядом, а очень яркое свечение представляет собой подводный разряд справа.

Рис. 4. Стенд экспериментальный электрогидравлический ударный . Пассивный делитель высоковольтного измерения включал резисторы 1 ТОм 50 кВ и 100 кОм 1 кВ (коэффициент деления 10000) и активный повторитель с входным сопротивлением около 1,5 ТОм с использованием BiMOS Operational Amplifier CA3140A. В нашей лаборатории создан электрический прибор на основе пояса Роговского для измерения импульсов тока высокой скорости. Поскольку напряжение, индуцируемое в катушке, пропорционально скорости изменения (производной) тока в прямом проводнике, выход пояса Роговского подключен к схеме электронного интегратора на основе ОРМ для обеспечения выходного сигнала, пропорционального к текущему. Осциллограммы напряжения и тока в разряднике между электродами в воде показаны на рис. 5.

Рис. 5. Кривые напряжения и тока в подводном разряднике

Биоакустика Avisoft UltraSoundGate 116H с усилителем заряда и регулируемым фильтром верхних частот использовалась для подводного акустического анализа звука. Результаты измерения последовательности импульсов с использованием гидрофона типа РЕСОН, ТС-4013-1 показаны на рис. 6 как исходного сигнала (рис. 6(а)) так и после анализа последовательности импульсов на основе выпрямления плюс огибающая экспоненциального затухания (рис. 6(б)). ).

Рис. 6. Измерение последовательности импульсов гидрофоном: а) исходный сигнал; б) после анализа последовательности импульсов (выпрямление плюс экспоненциальное затухание)

а)

б)

Для определения шокового воздействия на культуры колониальных (ценобиальных) водорослей использовали зеленую водоросль Мейена «Scenedesmus acutus» (штамм 2012-КМ(1)-Б3) (рис. 7(а)) 4 (или 2, 8, 16) клетки, скрепленные рядом, расположенные линейно или зигзагообразно; тело клетки эллиптической или веретеновидной или серповидной формы; терминальные клетки с шиповатыми выступами у многих видов; клеточная стенка обычно гладкая, но у некоторых видов использовались гранулированные, зубчатые или ребристые.

Вид был установлен путем выделения одной колонии из пробы воды Куршского залива, Литва. Культуру выращивали на модифицированной среде Райта (MWC) [9].] и поддерживали при 18-20 °C, в фотопериоде белого флуоресцентного света ~100 мкмольм ^-2 с ^-1 в фотоцикле 12:12 свет:темнота.

Клетки водорослей в контрольных и обработанных образцах культур подсчитывали в счетной камере Нажотта (объем 0,05 см ³ ) сразу после обработки. В каждом опыте подсчет повторяли не менее трех раз. Изменения численности Scenedesmus acutus выражали для каждой отдельной клетки и для двух трех- и четырехклеточных колоний.

Несмотря на то, что «Scenedesmus» способен производить многие виды биотоплива, такие как биоводород, биодизель, биоэтанол и биотопливо, самые обширные исследования были проведены по использованию «Scenedesmus» для производства биодизельного топлива. Как и все системы водорослей, внедрение комплексного производства биотоплива «Scenedesmus» из лабораторных данных имеет проблемы в крупномасштабном производстве. Основные проблемы включают поставку и переработку питательных веществ, перенос и обмен газа, доставку PAR (фотосинтетически активной радиации), культурную целостность, контроль окружающей среды, доступность земли и воды, сбор урожая, а также генную и метаболическую инженерию.

Рис. 7. Колонии «Scenedesmus acutus»: а) контроль, б) после ударов. Масштабная линейка показывает 10 мкм

a)

b)

Контрольный образец культуры клеток водоросли «Scenedesmus acutus» показан на рис. 7(a). Четырехклеточные колонии обозначены кружками, также видны двух- и трехклеточные колонии. Изменения после электрогидравлического удара показаны на рис. 7(б). Большинство четырех-, трех- или двухклеточных колоний разорваны, фото на рис. 7(б) иллюстрируют разрозненные одиночные клетки водорослей. Черные частицы на рис. 7(b) — это коллоиды металлов.

На рис. 8 в колонке 1 представлена ​​контрольная партия клеток водорослей (млн/мл), а в колонке 2 приведена видовая численность клеток водорослей после 10 разрядов емкости (в течение 1,2 секунд). Необходимо подчеркнуть, что результаты дают рассеянную энергию в подводном разряднике около 33,8 Дж.

Рис. 8. 1 – контрольное количество видов клеток водорослей (млн/мл), 2 – после 10 разрядов

3. Выводы

Электрогидравлический удар широко применялся в прошлом веке для обработки металлов давлением, в морской электрогидравлике, для очистки загрязненных водоисточников и т. д. В данной работе авторы предложили использовать электрогидравлический удар как новый метод разрушения клеток водорослей. В настоящее время разложение клеток водорослей широко используется в косметической и топливной промышленности. На самом деле все компоненты клеток водорослей можно использовать практически. Основным преимуществом этого метода, с нашей точки зрения, является значительное снижение энергозатрат по сравнению с другими методами и, как следствие, повышение КПД, недостижимое другими технологиями. Энергопотребление 10 разрядов емкости (0,01 мкФ) в наших экспериментах, измеренное ваттметром Tunex, составило менее 0,2 Втч.