ВОДА – потребитель и источник энергии

В.И. Слесарев, Л.Н. Бритвин*, А.Д. Данилов

Международный Университет Фундаментального Образования, С-Петербург, *Московский автодорожный институт

Аннотация

Разработаны концепции безреагентного изменения свойств воды и использования энергий обратимого процесса гомолитической диссоциации воды на акварадикалы •Н0 и •ОН0. Впервые обращено внимание на чувствительность этого процесса к давлению, причем, понижение давления способствует прямой реакции с возникновением акваплазмы. Для практического использования энергии этих обратимых реакций необходимо их пространственно разделить, что происходит при вихревом движении жидкой и парообразной воды. В центре вихря давление всегда ниже, чем на его периферии. Поэтому в центре потока протекает эндотермическая диссоциация воды на акварадикалы, которые центробежными силами отбрасываются на периферию потока, где они взаимодействуют экзотермически. Именно это используется в вихревых парогазовых охладителях или нагревателях. В вихревых гидротеплогенераторах в центре потока сопряженно протекают экзотермическая кавитация и эндотермическая диссоциация воды, а энергия ассоциации акварадикалов на периферии потока является дополнительной тепловой энергией, которая повышает коэффициент превращения энергии в этих устройствах. Разработанные концепции позволяют объяснить с научных позиций малоизученные вихревые процессы не только в химии и технике, но и метеорологии, биологии, физиологии и других областях науки.

В начале двадцатого века появились вихревые системы: трубка Ж. Ранке [1,2,3], различные устройства В. Шаубергера [4], а затем многочисленные вихревые охладители и теплогенераторы [2,3], работа которых полностью не описывалась законами аэро- и гидродинамики и противоречила законам термодинамики. Коэффициент превращения энергии этих открытых энергетических систем явно превышал 100%. Для объяснения энергетики этих устройств предлагалось использовать реакции холодного ядерного синтеза [2], однако, убедительного доказательства их протекания до сих пор нет. Кроме того, с помощью этих реакций никак нельзя объяснить работу вихревых охладителей. Предлагалось использовать энергию вакуума, эфира, торсионных полей, вплоть до нарушения законов термодинамики для объяснения появления в системе дополнительной энергии. В статье сформулирована научная концепция влияния вихревого режима движения воды на ее свойства на основе химической термодинамики воды. Сначала рассмотрим работу вихревых труб. (Рис.1) Сжатый воздух в вихревую трубу подается тангенциально, поэтому его поток закручивается и движется вдоль стенок трубы. В периферийной части потока происходит разогрев воздуха на 20–40o С. Достигнув закрытого конца трубы, поток разворачивается, изменяет направление вращения на противоположное и продолжает движение по центральной части трубы выходя из нее сильно охлажденным от - 40oС до - 230oС в зависимости от давления, под которым подается воздух и размеров трубы. Эти неожиданные, но интересные результаты наука, используя законы аэродинамики, строго и убедительно до сих пор объяснить не может. Несмотря на отсутствие теоретического обоснования вихревые трубы, в основном как охладители, нашли широкое применение в технике в качестве основной части кондиционеров для автомобилей и автобусов, а также для сжижения воздуха и природного газа [2,3].

Рис. 1 Схема процессов в трубке Ж.Ранка

Сжатый воздух, подаваемый в вихревую трубу, не подвергался специальной осушке, поэтому он содержит не менее 2-3% влаги, т.е. паров воды. Следовательно, это был не чистый газ, а паро-воздушная смесь, т.е. аэрозоль, что не учитывалось. Молекулы воды в ее парах кроме гетеролитической диссоциации на ионы (Q = -55кДж/моль) могут диссоциировать гомолитически на радикалы, причем, эта реакция (1) сильно эндотермична и требует 550 кДж/моль или 30,5 кДж/г.

При этом каждая молекула Н2О распадается на две электронейтральные радикальные частицы. Следовательно, согласно фундаментальным принципам Ле-Шателье (химия) или адаптивных перестроек (биология) [5] скорость реакции диссоциации воды на её радикалы (1) при понижении давления должна возрастать, а скорость обратной реакции (2) ассоциации радикалов в молекулу воды – уменьшаться. В соответствии с законами аэро- и гидродинамики давление в центре потока понижается и тем больше, чем выше его скорость [2,3]. Поэтому в центре вихревого потока создаются условия для протекания эндотермической реакции диссоциации воды на радикалы (1). Именно, из-за наличия паров воды в воздухе и за счет этой реакции происходит резкое охлаждение центрального потока воздуха в вихревых трубах, что наблюдается в действительности [1,2,3]. Образующиеся при этом радикалы •Н0, •ОН0, вследствие вихревого режима движения частично отбрасываются на периферию воздушного потока центробежными силами, где, взаимодействуя между собой (2), разогревают эту часть воздушного потока, что также наблюдается в действительности [1,2,3]. Остальная часть радикалов воды покидают трубу или заключенными в микрокристаллы льда, или, не успевая прореагировать между собой, так как время их нахождения в трубе меньше 0,1сек. Таким образом, эндотермическая реакция гомолитической диссоциации воды на радикалы и экзотермическая реакция их ассоциации при вихревом режиме движения протекают, в соответствии с законами аэродинамики в разных частях воздушного потока. Эндотермическая реакция протекает в центре потока, а экзотермическая – на его периферии. Следовательно, предлагаемая научная концепция, объясняет наблюдаемые энергетические эффекты в вихревых трубах с новых позиций, учитывающих наличие паров воды в воздухе или природном газе, а также энергий обратимых химических реакций разложения (1) и синтеза воды (2). Данный подход раньше никем не использовался, но он не только логично объясняет энергетику вихревых труб, но и делает ее понятной с позиции термодинамики. Предлагаемый подход объясняет также появление свечения, наблюдаемого в паровоздушном потоке в вихревых трубах [2,3]. Вода, распадаясь на ионы и радикалы, образует акваплазму, которая состоит из молекул Н2О, ионов Н+, ОН- и радикалов •Н0, •ОН0. Акваплазма, содержащая радикалы, естественно, является источником фотонов, объясняющих свечение воздушного потока в инфракрасном и видимом диапазонах с различной интенсивностью. Таким образом, учет наличия в воздухе паров воды позволяет объяснить существующие загадки вихревых труб, без предположений о холодном ядерном синтезе [2] и без рассуждений о наличии у молекулы Н2О, множества колебательно-вращательных мод [3,6], что только указывает на её вращательно-колебательный динамизм. Рассмотрим процессы (Рис.2), происходящие в вихревых гидротеплогенераторах (ВГТ-генераторах), где в качестве рабочего тела используются не газовые, а конденсированные среды: в основном, вода в жидком состоянии, а иногда – неосушенные масла растительного или технического происхождения. К сожалению, авторы масляных систем также как создатели вихревых труб часто не обращают внимания на присутствие воды в используемых маслах.

Рис. 2 Схема процессов в вихревом гидротеплогенераторе

Поскольку рабочим телом в ВГТ-генераторах является конденсированная среда, то вихревой режим в них сопровождается не только закономерным понижением давления в центре потока, но и возникновением в нем явления кавитации [2,3,4]. Кавитация сопровождается на первом этапе образованием микропузырьков газа или пара, а на втором этапе – их схлопыванием, в режиме локальных микровзрывов с выделением энергии Qкав, что приводит к мгновенным локальным резким повышениям температуры (Т > 1000°С) и давления (р > 1000 атм). Кавитационный процесс, точнее его первый этап, является следствием понижения давления внутри вихревой системы, в соответствии с принципами Ле-Шателье и адаптивных перестроек. Таким образом, в ВГТ-генераторах, при выходе их на рабочий режим, происходит сопряжение трех энергетических процессов: – кавитация – экзотермический процесс, протекающий в центре потока; – гомолитическая диссоциация воды на радикалы – эндотермический процесс, протекающий также в центре потока; – разброс радикалов воды под действием центробежных сил из центра потока на его периферию, где они взаимодействуют между собой, образуя опять воду – экзотермический процесс. Благодаря сопряжению эти три процесса, протекающие одновременно в единой конденсированной системе, хотя и в разных ее частях, совершаются самопроизвольно с суммарным экзотермическим эффектом в основном благодаря синтезу воды из радикалов (рис. 2). Энергетические затраты на гомолитическую диссоциацию воды скорее всего компенсируются энергией, выделяющейся на II этапе кавитации, а не энергией питающего насоса. Простой тепловой расчет показывает, что для подъема температуры на 60 - 70oС достаточно тепла, выделяющегося при синтезе менее одного процента всей воды, имеющейся в ВГТ-генераторе и в системе теплоснабжения. При этом, электроэнергия, подаваемая на работающие в системе насосы не учитывается. Выделяющаяся при синтезе воды дополнительная тепловая энергия позволяет объяснить повышение и превышения коэффициента превращения энергии свыше 1 (КПЭ>1) в ВГТ-генераторах, созданных В. Шаубергером и его многочисленными единомышленниками и последователями. По данным лаборатории физико-химической гидроаэродинамики ИПРИМ РАН коэффициент превращения энергии в вихревых гидротеплогенераторах может достигать Кэфф = 13,4. В настоящее время эти генераторы тепла и вихревые газоохладители успешно работают во многих странах мира (рис. 2). При исследовании работы вихревых ВГТ-генераторов нами и другими исследователями было установлено, что в рабочем режиме их вода безреагентно приобретает восстановительные, т.е. антиоксидантные свойства, поскольку ее восстановительный потенциал или ВП (устаревший термин – окислительно-восстановительный потенциал или ОВП) изменяется от положительных значений 200-300мВ до отрицательных значений от 0,0 до – 200 мВ. Отрицательные значения восстановительного потенциала воды сохраняются не только при работе теплогенератора, но и после его остановки в течение 3 – 5суток. Следовательно, при вихревом режиме движения, вода изменяет свои энергетические свойства. При диссоциации молекулы Н2О на акварадикалы •Н0 и •ОН0 вода – потребитель энергии, а при ассоциации акварадикалов в молекулу Н2О она – источник энергии. Однако, эти эффекты наблюдаются только тогда, когда эндотермическая реакция диссоциации и экзотермическая реакция ассоциации разделены пространственно, что и происходит при вихревом движении воды. Когда в рабочем теле в вихревых устройствах, где нет явления кавитации, например, в случае паровоздушной смеси, фиксируются оба процесса. В вихревых газоохладителях преобладают эндотермические процессы, а в вихревых газонагревателях – экзотермические, в зависимости от конструктивных особенностей этих устройств. В ВГТ-генераторах , в центре потока рабочего тела, где имеет место процесс кавитации, и выделяющуюся при этом энергию вода использует в диссоциации своих молекул на акварадикалы. Энергия, выделяющаяся при ассоциации акварадикалов на периферии потока, лежит в основе появления дополнительной тепловой энергии этих устройств. Вода в устройстве, как открытая система, компенсирует «энергетический дисбаланс» за счет энергообмена с соседними слоями, а также с окружающей средой. При вихревых режимах движения вода, кроме энергетических свойств, изменяет и химические свойства. Наличие в рабочем теле ВГТ-генераторов сильного восстановителя объясняет появление на их внутренних стенках плотного слоя из восстановленного железа, образовавшегося из его оксидов. При работе ВГТ-генераторов на морской воде, содержащей соединения золота, наблюдается его восстановление до металлического золота. Только атомарный водород, т.е. его радикал •Н0, а не молекулярный водород, может быть таким сильным восстановителем для этих процессов [5]. Если значение восстановительного потенциала воды изменяется резко и довольно быстро за 12 – 48 часов, то значение рН воды, тоже безреагентно, возрастает от 6,8 до 8.0 – 8.5, но медленно в течение 5 – 10 суток. При более длительной работе ВГТ-генератора щелочность воды возрастает до рН=10-13 [3].

Изменение энергетических, восстановительных и щелочных свойств воды при вихревом режиме движения свидетельствует о том, что рабочее тело (вода) содержит пролонгированную акваплазму с восстановительными свойствами, содержащую молекулы воды, её ионы Н++, ОН- и радикалы •Н0, •ОН0. Поскольку химическая активность свободных акварадикалов очень высокая, время их жизни крайне мало, а восстановительная способность рабочего тела сохраняется несколько суток (даже при неработающих ВГТ-генераторах), то с позиции химии [7], это можно объяснить наличием в воде радикала водорода в акваклатратированном состоянии :::[•Н0(Н2О)m]::: . Для образования в Н-сетке воды таких акваклатратов необходимо локально сформировать аквакластеры :::[¤(Н2О)m]::: в виде «бублика» с полостью, имеющей размеры близкие к размеру радикал водорода. По-видимому, именно вихревое движение воды при её обезгаживании способствует локальной перестройке структуры Н-сетки по данному типу. Тогда в воде по кластерно-клатратному механизму происходит следующая реакция [8]:

В вихревых системах акваклатратированный радикал •Н0 связывается, по видимому, прочнее, чем он связан в воде при обычных условиях. Это обстоятельство, наряду с понижением давления в центре вихревого потока, также способствует диссоциации воды на радикалы. Акваклатратирование •Н0 снижает его химическую активность, пролонгирует его время жизни и время жизни акваплазмы. Свободный радикал •ОН0 очень быстро превращается в перекись водорода Н2О2 или в другие активные формы кислорода, что наблюдается при работе ВГТ-генераторов. Все активные формы кислорода быстро взаимодействуют со свободными и акваклатратированными радикалами водорода с образованием воды и выделением тепловой энергии. Увеличение щелочности воды в ВГТ-генераторов химически безреагентно можно объяснить акваклатратированием катиона водорода :::[ Н+(Н2О)x]::: [9]. Для этого в Н-сетке необходимо локально сформировать сферические полые аквакластеры :::[¤(Н2О)x]::: , размер полости в которых соответствует Н+. Этому, вероятно, способствует вихревой режим движения воды. Однако это происходит в этом случае значительно медленнее, чем формирование аквакластера для электронейтральной частицы – радикала водорода. Соответствующую реакцию защелачивания воды можно записать так:

где акваклатрат :::[Н+(Н2О)x]::: более слабая кислота, чем Н2О при вихревом движении, что способствует протеканию прямой реакции [9,10]. Наличие процесса акваклатратирования радикала водорода •Н? и катиона водорода Н+ при вихревых режимах свидетельствует о проявлении водой ещё и свойств комплексообразователя. Наблюдаемые изменения различных свойств воды в вихревых системах указывают на повышение структурного динамизма её Н-сетки в этих условиях. Подобное может происходить при других интенсивных режимах движения воды, например, при пульсирующих режимах. Наличие в рабочем теле теплогенератора акваплазмы подтверждается кроме отрицательного значения восстановительного потенциала, еще наличием его свечения в инфракрасном и видимом диапазоне, которое всегда присутствует, что было объяснено выше. При некоторых режимах работы появляется даже рентгеновское излучение [2,3]. По нашему мнению, это излучение возникает в результате бомбардировки стенок теплогенератора очень быстрыми свободными радикалами воды, вызывающие возбуждение и переходы внутренних электронов в материале стенки. Подобный эффект обнаруживается при очень быстром движении воды через сопло [11], которое всегда сопровождается ее вихревым режимом. Причем, длина волны рентгеновского излучения определяется материалом, из которого сделано сопло. Таким образом, при вихревых режимах движения воды из-за постоянного подвода энергии, ее состояние сильно неравновесно термодинамически и химически, а ее физические, энергетические (Т, р, V) и химические свойства локально и быстро изменяются, флуктуируют и медленно релаксируют, особенно, химические свойства. Изложенную концепцию безреагентного изменения свойств воды при вихревом режиме её движения следует принимать во внимание при конструировании и обслуживании самолетов, ракет, турбин, особенно – гидротурбин большой мощности, различных двигателей и мощных ультразвуковых установок. Эта концепция с позиции энергетики позволяет объяснить как форсажные режимы работы перечисленных устройств, так и некоторые причины их катастроф. Разрушительные действие кавитации в конденсированных средах принято связывать только с энергией, выделяющейся при схлопывании пузырьков. В то же время, в соответствии с предложенной концепцией, следует учитывать, что за счет энергии кавитации в среде происходит диссоциация воды на акварадикалы, взаимодействие которых друг с другом протекает локально по цепному механизму или носит взрывной характер и сопровождается выделением большого количества энергии (Q = +543 кДж/моль). Поэтому все наблюдаемые эффекты при кавитации: локальная, мгновенная, резкие возрастания и температуры, и давления, а также разрушение твердых материалов может происходить и за счет энергии реакции синтеза Н2О из акварадикалов. Разработанная концепция также позволяет метеорологам лучше познать энергетику и мощность смерчей (торнадо), ураганов и даже волн в озерах, морях и океанах. Кроме того она полезна для объяснения различных энергетических свойств циклона и антициклона в атмосфере. В первом случае (циклона) атмосферное давление понижено, характерен ветер, что способствует вихревому движению паровоздушного потока. Следовательно, пары воды могут выступать потребителем и источником энергии, а также, источником акваплазмы, причем в достаточно больших количествах, учитывая размер площади, охватываемой циклоном. В антициклоне, где давление повышено, этих явлений не будет. Однако, в верхних слоях атмосферы, где давление значительно понижается, образование акваплазмы интенсифицируется. В свою очередь это способствует понижению температуры и возникновению условий для формирования дождей, снегопадов или гроз с молниями. В ионосфере, где практически не должно быть молекул воды, а есть акваплазма, акварадикалы которой при столкновении будут активно способствовать превращению молекул азота и кислорода в ион-радикалы. Поэтому ионосферу правильнее называть плазмосферой. Предлагаемая концепция дает возможность объяснить появление в атмосфере шаровой молнии (концентрированный акваплазмоид) и других светящихся и двигающихся явлений, воспринимаемых как НЛО. По нашему мнению, это акваплазмоиды из паров воды и локальных конвективно-вихревых паровоздушных потоков в атмосфере. Последние могут быть объективными причинами появления на полях фрактальных рисунков, выдаваемые за «ведьмины круги», «сообщения инопланетных цивилизаций» и т.д. Вихревые режимы движения воды, способствующие увеличению концентрации пролонгированных акваплазм, успешно используются для обезвреживания ядовитых загрязнений окружающей среды [12 ]. Вихревые и пульсирующие режимы аквасистем (биосред) живых организмов и предлагаемая концепция позволяют объяснить их восстановительные свойства ВП = - (70 - 120)мВ. В организме нет биосубстратов - восстановителей, позволяющих при их концентрациях обеспечить наблюдаемые значения восстановительного потенциала. В результате указанных режимов движения аквасистем в биосредах усиливается гомолитическая диссоциация воды на радикалы и акваклатратирование радикала водорода [•Н(Н2О)m]. Это пролонгирует время жизни и акваплазмы, и радикала водорода, обеспечивая появление и поддержания сильных восстановительных свойств биосред [9]. Таким образом, все биосреды организма являются акваплазмами с восстановительными свойствами, что позволяет живому не только противостоять окислительным свойствам окружающей среды, но и поддерживать свою энергетику. Именно последним можно объяснить то, почему без воды человек может прожить не более недели, а без пищи в десять раз дольше, и почему птицы без питания перелетают океаны [13]. Следовательно, живые организмы благодаря вихревым и пульсирующим режимам движения своих аквасистем, стабилизируют и поддерживают свое энергетическое состояние на уровне, необходимом для их жизни. Это важно для биологии, физиологии и медицины.

Ключевые слова: энергия, гомолитическая диссоциация воды, акваплазма, ассоциация акварадикалов, вихревое движение жидкой и парообразной воды, давление в центре и периферии потока, вихревая трубка Ж.Ранке, вихревые гидротеплогенераторы, коэффициент превращения энергии, безреагентное изменение свойств воды, акваклатратирование, аквакластер, акваклатрат, восстановительный потенциал.

Литература

1. Ранке Ж. Патент США № 1952281, 1934

2. Фоминский П.П. Сверхединичные теплогенераторы против Римского клуба. – Черкассы: «Око-Плюсс», 2003 -424 с.

3. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. –М.: «Галерея СТО», 2008. – 840 с.

4. Шаубергер В. Энергия воды. – М. Яуза, Эксмо. 2007.- 320 с.

5. Слесарев В.И., Шабров А.В. Неизвестные свойства чистой воды. – Вода: Технология и экология, № 1, 2009. – C. 68-70

6. Малафаев Н.Т., Погожих Н.И., Иштван Е.А. Особенности вращательных мод колебаний молекул воды в свободном и связанном состояниях. Восточно-европейский журнал передовых технологий, том 5, № 6, 2013. – С. 8-11

7. Слесарев В.И. Структурно-информационное свойство и состояние воды. Явление аквакоммуникации. – Вода: Технология и экология, № 4,2004. – С. 49-82

8. Слесарев В.И., Шабров А.В. Аквананоклатирование в безреагентном изменении свойств воды. «Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования факторов в гигиене окружающей среды» под ред. Акад. Рахманина Ю.А. М. 2008 .– С. 218-220

9. Слесарев В.И., Шабров А.В. Структурно-информационное свойство и состояние воды. Явление аквакоммуникации. – XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Казань, 2003. Сб. трудов – С . 258

10. Слесарев В.И., Шабров А.В. Дистанционное взаимодействие водосодержащих систем. – VII Международный конгресс «Вода: экология и технология», М., 2006. Сборник трудов. – С 1030

11. Высоцкий В.И., Корнилова А.А., Сысоев Н.Н. Рентгеновское излучение при кавитации быстрой струи жидкости. РЭНСИТ, 2010, № 2. – С. 57-69

12. Кавитационное разрушение органических веществ в водных растворах Аршакуни Р.Г., Бехтерев В.Н., Глубоков Е.В., Бяков В.М. НИЦ курортологии и реабилитации МЗ и СР РФ, г.Сочи

13. Слесарев И.И., Шабров А.В. Загадки воды. – Вода: Технология и экология. №4, 2009. – С. 69-79

Скачать статью