Сайт Александра Зеленина

3.1. Резонатор Гельмгольца

Внимательно посмотрим на сборочный чертеж реактора на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Сборочный чертеж

Сборка нарисована не совсем правильно. Трубчатые электроды (4) «вкручены» в корпус (1) слишком глубоко за пределы резьбы. Но это несущественно.

Что напоминает эта конструкция? Это вылитый струйный резонатор Гельмгольца! Упрощенная схема резонатора Гельмгольца с условными обозначениями размеров представлена на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 – Резонатор Гельмгольца

Резонатор Гельмгольца отличается тем, что частота резонанса связана не только с длиной резонатора и скоростью звука в среде (в жидкости или газе), но и с объемом среды, находящейся в резонансной камере с размерами Lk, Dk и в двух горловинах с размерами d1, d2, L1, L2. Поэтому частота резонанса значительно ниже, чем была бы в отрезке прямой трубы такой же длины.

Резонансная камера на рис. 3.1 образована между парой электродов (4) и корпусом реактора (1). Горловины состоят из полых внутри электродов (4). Небольшим сужением на концах электродов можно пренебречь и считать, что электроды имеют постоянное внутреннее сечение. Это сужение сделано из-за штуцера, на который присоединяется гибкий шланг.

В первом приближении частоту резонанса резонатора Гельмгольца (рис. 3.2) можно вычислить по формуле:

,

где С₀ – скорость звука, остальные обозначения показаны на рис. 3.2. Вместо L1 и L2 в формуле записано соответственно l_1э и l_2э. Дело в том, что эти длины (L1 и L2) нужно корректировать с учетом присоединенной массы (в нашем случае массы воды), добавляя к длине. Эта коррекция снижает вычисленную резонансную частоту частоту.

Итак, на чертеже имеем готовый резонатор Гельмгольца. В этом резонаторе создаются колебания давления, поэтому его иногда называют модулятором давления. Какие по амплитуде и частоте колебания давления можно получить в резонаторе, мы рассмотрим далее. А для начала нужно эти колебания возбудить. Как это сделать?

В струйном резонаторе это делает струя, в нашем случае – это струя воды, движущаяся слева направо на рис. 3.2. Вода, проходя по входной горловине диаметром d1, создает на выходе из неё вихри Струхаля. Эти вихри имеют частоту

где U – скорость потока, Sh – число Струхаля.

Если частота f (или её гармоники) совпадет с частотой f₀, то возникнет резонанс, резонатор возбудится. Теперь понятно, почему Вачаев подбирал скорость воды? Как видно из формул, частоты зависят от многих параметров. Но, когда реактор уже собран, скорость воды регулировать проще всего.

Кроме частоты вихрей Струхаля важна их амплитуда. Слабые вихри быстро затухают, а сильные можно получить только при больших скоростях воды. Но при больших скоростях будут не те частоты. Поэтому Вачаев заострял кромки электродов, как бы снимая наружные фаски. Острые кромки на выходе воды из горловины (т.е. на входе в резонатор) способствуют усилению вихрей. Совсем острые кромки оказались недолговечными, тупые кромки (больше 45 градусов) оказались неэффективными. Так Вачаев экспериментальным путем определил, что кромки нужно делать от 4 до 45 градусов.

Но этих мер может оказаться недостаточно для получения такой амплитуды колебаний давления, чтобы шли те процессы, для которых предназначена «Энергонива». Что делать? Можно использовать ещё один источник резонанса – переменный ток с частотой 50 Гц. Можно и с другой частотой, но 50 Гц – это то, что было у Вачаева.

Поскольку через электроды в воде идет переменный ток 50 Гц (заметим, что мы все время рассматриваем только одну пару электродов – стабилизирующие электроды), то вода с частотой 100 Гц испытывает действие тока. Если в момент наибольшего давления воды в центре реактора будет наибольший ток, то это создаст дополнительный фактор для расширения воды, т.е. для снижения давления. (Не забываем, что речь идет об уже возбужденных колебаниях давления в резонаторе) Но, на самом деле, этот «дополнительный фактор» должен быть ещё больше. Ведь, кроме тока, мы ожидаем появление некоторого, эм-м-м… «процесса». Процесса превращения чего-то во что-то, который мы пока не понимаем, но он приводит к выделению тепла в момент наибольшего сжатия.

Частота 100 Гц не может возбудить резонанс на частоте 50 Гц в линейной системе. Но реактор Вачаева линейной системой не является, так как давление воды внутри реактора с частотой резонанса должно понижаться до величины, при которой будет преодолен предел кавитационной прочности воды.

Примечание. До сих пор слово «кавитация» у нас ни разу не встречалось. Сейчас мы рассматриваем реактор, в котором кавитация будет очень кстати. Из простых соображений следует, что для тока электродов, значительно превышающего ток проводимости в воде, но не дуговой, нужен какой-то механизм поддержания и среда проводимости. Возникновение кавитационых пузырьков между электродами подходит для этой роли. Кроме того, появляется возможность попытаться объяснить процесс трансмутации элементов не дейтонами Иванова-Вачаева, а явлениями при кавитации.

Наличие сильных колебаний в реакторе Вачаева косвенно подтверждается тем, что он по многу часов работы не засорялся мусором в воде, который Вачаев называл «добавками» и добавлял их к воде до 10 %, то есть довольно много. Но при неудачных попытках запуска, по свидетельству очевидцев, реактор быстро забивался.

Дополнительно наличие резонанса подтверждается свидетельством о том, что при удачном запуске реактора стихает шум, издаваемый реактором. Это похоже на сверхрегенеративный приемник, который отчаянно шумит при неточной настройке на радиостанцию и молчит при точной.

Вернемся к реактору.

Необходимость синхронизировать частоту тока с частотой резонатора приводит к тому, что мы должны настроить резонатор на 50 или 100 Гц, так как промышленную сеть мы не сможем перестроить по частоте. После настройки резонатора придется на ту же частоту настроить вихри Струхаля. Частота 50 Гц всем понятна – это частота напряжения в сети. Сто Герц – это частота модуля тока в воде.

Какая частота настройки резонатора необходима (или лучше) – 50 или 100 Гц? Мне видится 50 Гц. В этом случае амплитудное напряжение (по модулю) будет поочередно совпадать то с максимальным сжатием, то с максимальным разрежением воды. Ток будет различаться: при максимальном сжатии он будет несколько меньше и будет оказывать тепловой эффект, способствующий поступлению механической энергии в колебательный контур, причем в нужной фазе. При минимальном сжатии ток будет больше, начиная с момента возникновения пузырьков кавитации, т.е. появления тлеющего, коронного или искрового пробоя в парогазовой среде, что дополнительно усилит кавитацию.

Если в качестве источника переменного тока применить какой-нибудь частотный регулятор, то можно делать настройку резонатора на другие частоты переменного тока.

Однако, большой необходимости в переменном токе (как и в любом другом токе через реактор) нет. Амплитуда колебаний давления может оказаться достаточной для работы реактора без участия подвода тока через электроды. Для этого должна быть хорошая сонастройка частот резонатора и вихрей Струхаля, а также достаточно высокая добротность резонатора.

Необходимость «пуска» реактора от искрового пробоя связана с тем, что нужно ввести резонатор в нелинейный режим с большой амплитудой колебаний, сопровождаемый явлениями кавитации. Искровой пробой в воде - это практически маленький взрыв. Когда он происходит в центре резонатора, амплитуда колебаний давления резко возрастает. Затухать колебаниям в дальнейшем «мешает» поступление энергии от загадочного «процесса», начавшегося при увеличении амплитуды колебаний давления.

Теперь попробуем представить, к чему приводит настройка реактора без понимания того, что описано выше. Сеть по частоте настраивать не нужно – это хорошо. Нужно настроить два параметра (резонатор и частоту Струхаля) на частоту 50 Гц, каждый из которых зависит от нескольких факторов, приведенных в формулах. Плюс число Струхаля тоже зависит от геометрии резонатора. Нужно добавить ещё, что скорость звука меняется с температурой, а наличие «плазмоида/гиперболоида», т.е. электрического разряда внутри реактора, тоже наверняка уводит резонанс с пути истинного.

В литературе встречается утверждение, что струйный резонатор работает несколько сложнее, чем мы рассмотрели. Не только вихри воздействуют на резонатор и возбуждают колебания в нем. Резонатор тоже воздействует на вихри, вызывая некоторую синхронизацию частот. Это становится заметно при больших амплитудах. Поэтому «запущенный» реактор может не сбиваться с «пойманной» частоты, несмотря на некоторое изменение таких факторов, как скорость воды, колебания температуры и т.п.

Интуиция и упорство Вачаева позволили ему «попасть в яблочко» при настройке реактора в резонанс, но он не мог никому объяснить, как он это сделал, ибо сам до конца не понял. Он, по-видимому, до конца не понял принципа настройки, поэтому удивлялся, почему сигнал с катушки всегда 50 Гц, даже в режиме самозапитки.

Отступление. Что это за режим самозапитки? Мне не удалось найти внятного описания, кроме того, что якобы реактор работал без подвода электричества от промышленной сети и при этом отдавал в сеть электричество. Как такое возможно – отдавать в сеть энергию, не будучи подключённым к ней, мне непонятно.

Дополнительная трудность в настройке: резонансов может быть много на комбинациях гармоник. В первую очередь требуется основная гармоника, которая отличается наибольшей амплитудой, но попадание на иную гармонику также будет интересно для науки.

Теперь, надеюсь, у энтузиастов появилось понимание, что нужно делать? Нужно добиваться устойчивого резонанса системы.

Так как была упомянута кавитация, рассмотрим кратко, что это такое.

Кавитация — (от лат. cavitas – пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.

Нас интересует акустическая кавитация, так как в резонаторе Гельмгольца возникают акустические (звуковые) волны.

В установке Вачаева подавалась грязная вода, в которой перемешали «добавки», поэтому зародышей кавитации там в избытке.

Далее проведем расчет реактора, изображенного на чертеже.

>>>Далее>>>