Анализ технической системы преобразования тепловой энергии в механическую

 

1.  Анализ технической системы на внешнем уровне функционирования

1.  Данная ТС входит в надсистему преобразователей тепловой энергии.

2.  ТС создана для преобразования тепловой энергии  в механическую.

3.  Входным параметром ТС является тепловая энергия, а выходным – механическая.

4.  Повышение идеальности ТС:

      а) полезной функцией ТС является способность вырабатывать механическую                                          энергию.

      б) факторами расплаты является энергия затраченная на:

·  нагрев воды (воздуха);

·  охлаждение воды (воздуха);

·  подачу воды (воздуха) в полости устройства.

      в) идеальность ТС повышается за счет коррекции ранее существующей ТС.

      г) преимуществом новой ТС является то, что она снабжена неподвижно установленным относительно корпуса  внутри ротора цилиндрическим полым коллектором, разделенным дополнительной теплоизоляционной перегородкой на две герметичесике полости – нагнетательную и всасывающую.

5.  Проблема возникла на уровне тепломассобмена и ц. Карно.

6.  Данная ТС находится на этапе интенсивного развития, которое может быть осуществлено за счет введения новых элементов и компенсации вредных свойств системы.

6.1.  Главной движущей силой является расширение и сжатие свободных  промежутков в рабочих камерах ротора (см. рис.). Данная ТС может быть использована как в промышленности, так и в исследовательской области.

2. Анализ технической системы на внутреннем уровне функционировая

1. В постранстве: момент возникающий за счет разности свободного промежутков в рабочих камерах в зоне охлаждения и нагрева.

    Во времени:

·  разностью температур;

·  массой;

·  теплопроводностью;

·  парообразованием;

·  конденсацией;

·  гравитационное притяжение;

·  видом (свойствами) рабочего тела.

2.  Ротор – вращается за счет возникновения в нем момента, вырабатывая механическую энергию;

Рабочее тело – “топливо” данной ТС;

Теплоизоляционная стенка – разделяет зоны нагрева и охлаждения;

Коллектор– охлаждает рабочее тело (вода, воздух).

3.  Новое системное свойство получено за счет введения нового элемента – неподвижного коллектора внутри ротора –  возможность дополнительного нагрева и охлаждения рабочего тела изнутри системы, что увеличивает скорость процессов в камерах и соответственно увеличивает скорость вращения ротора.

4.  Функциональным центром системы является меняющееся в процессе соотношение обьемов воды и газа в камерах ротора.

5.  Система согласованная, с принудительным или слабо буферным согласованием. Согласование взаимодействия инструмента с изделием: действие по поверхности.

6.  Система развертывается по схеме ТС + элемент (коллектор).

7.  Повышение динамичности и управляемости ТС:

·  переход к мультифункциональности: нединамическая система;

·  увеличение числа степеней свободы: нединамическая система;

·  повышение управляемости: система неуправляемая;

·  изменение степени устойчивости: статически устойчивая система.

8.    Переход микро-(макро-)уровень к использованию полей.

·  переход на микроуровень: молекулярный, атомный уровень;

·  переход к высокоэффективным полям: термомеханическому полю;

·  повышение эффективности поля: постоянное – обратного знака – сочетание противоположных полей.

9.    К изменению качественных показателей в новой ТС привело введение нового элемента, что повлияло на разность температур.

3. Анализ противоречий, решаемых технической системой на внешнем уровне функционирования

1.  Связь: скорость вращения ротора, момент и КПД системы.

2.  Противоречие: увеличение выдаваемой механической энергии и увеличение скорости изменения температур (увеличение скорости тепломассобмена).

3.  ТП разрешается за счет ввода коллектора с двумя гермитичными полостями, одна из которых – нагнетательная – гидравлически связана с отсеками, смежными с рабочими камерами, расположенными в зоне нагрева, а другая – всасывающая – с отсеками, смежными с рабочими камерами, находящимися в зоне охлаждения.

4.  Анализ противоречий, решаемых технической системой на внутреннем уровне функционирования

Элемент	Назначение	ТП	ФЭ и Я	Требования
1. Ротор	вращается за счет возникающего момента	Разность векторов равна/не равна нулю	парообразование и конденсация, изменение соотношения воды и газа, тепломассобмен	момент есть/нет
2. Рабочее тело	“топливо” данной ТС	Давление есть/нет	расширение и сжатие, нагрев и охлаждение	жидкость / газ
3. Стенка	разделяет зоны нагрева и охлаждения		частичный теплообмен (нежелательный)
4. Коллектор	охлаждает рабочее тело		нагнетание и всасывание

5. Техническая система как элемент надсистемы

1.  Целью совершенствования устройства является повышение эффективности его работы, реализуемое введением нового элемента – коллектора. Коллектор охлаждает рабочее тело в камерах ротора, тем самым увеличивая скорость процессов теплообмена и следовательно увеличивает скорость вращения ротора (чем больше скорость вращения ротора, тем больше выдаваемой механической энергии).

2.  Законы развития и функционирования: 

2.1.  Статика.

·  Закон полноты частей: условием работоспособности ТС является работоспособность ее основных частей, так как ТС неуправляема.

·  Закон энергетической проводимости: условием работоспособности ТС является преобразование одного вида энергии в другой, т.о. энергия трансформируясь “проходит” все составляющие ТС.

·  Закон согласования ритмики: для данной ТС необходима совокупная работа всех ее элементов.

2.2.  Кинематика.

·  Закон увеличения идеальности: необходимо чтобы сумма всех полезных функций, выполняемых ТС, была больше, чем сумма функций расплаты.

·  Закон перехода в надсистему: данная ТС перейдет в надсистему, когда исчерпаются все ее возможности развития.

2.3.  Динамика.

·  Закон перехода с макроуровня на микроуровень: в данной ТС переход на микроуровень осуществляется в процессах конденсации и парообразования; переход к термомеханическому полю.

·  Закон повышения динамичности и управляемости: в данной ТС нет управляемых элементов.

6.  Обосновать пути совершенствования структуры и функций элементов технической системы

Цели совершенствования компонентных частей системы:

1.  Перейти от нединамической системы к системе со сменными рабочими органами.

2.  Перейти от нединамической системы к системе изменяющейся механически.

3.  Сделать систему управляемой.