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盐差扯淡新能源没戏？峰回路转Z曙光乍现！: 热度 6 kiwaho 2017-12-28 08:15; 众所周知：海水与河水的含盐量是极不平等的。而扯淡是大自然的天性— 自由、平等、博爱，所以哪里有不平等，哪里就有天赋追求平均化的强大动力和能源！早在1748 年，法国神职人员兼物理学家Jean-Antoine Nollet ，就发现了不同浓度溶液界面间的渗透现象。图1：渗透前后示意图约一个半世纪之后的1885 年，第一位诺贝尔化学奖得主Jacobs Henricus Van't Hoff ，首次量化了渗透压，他把溶质想象成理想气体的质点，直接套用了PV = nRT 的状态方程。公式化时，用Π 代替P 表示压力更形象，于是就有了下式：Π = iMRT ，这里i 和M 取代了n/V ，更突出了对分子或离子个数的依赖性：i – 溶解前后质点个数比，例如食盐NaCl 由1 个分子变成2 个离子，i = 2 ； M – 体积摩尔浓度。照此公式可计算出海水的渗透压高达27 个大气压，也即入海的河水，理论上可将附近海水举高270 米！对比三峡大坝的水头落差才113 米，可见海水扯淡的能量极为巨大！学术界当然不会放过这么优质高能的清洁能源。以色列教授Sidney Loeb ，是第一个发明用PRO （Pressure Retarded Osmosis 怼压渗透）方法，开发扯淡能量的人，他的专利在1973 年获批了。然而，理想很丰满，现实很骨感。他的专利一直没有获得大规模利用，仅在以色列搞到中试阶段，尽管那里有盐度接近饱和的、堪称世界奇迹的死海资源。这主要受制于当时半透膜的技术尚不成熟。最近一次，也是唯一一次最接近商业化前夜的示范项目，是在2009 年11 月24 日投运的挪威Statkraft 公司4 千瓦海水扯淡发电厂，由挪威公主 Mette Marit 剪彩。图2：挪威公主视察海水渗透发电厂图3：开心格格与公司管理层亲切茶叙遗憾的是，该厂试运行几年后，于2014 年宣布搁置商业化推广，个中缘由无外乎膜的效率低，而且成本死贵，无法与其它低成本新能源竞争。这么优秀的扯淡技术就此拉倒？是可忍孰不可忍？不要不要的！窃以为，这一定是发明创造还没有探底到位。技术应用是经济效益、而不是官家说了算，所以继续努力吧，技术成熟之前妄嗲“官人我要我要”是没用的。海水盐差发电的能量密度，据计算每立方约有不到1 度电。它的27 个大气压，如何拿来做功是个很伤脑筋的问题。若用透平机，肯定与用于常规水电的那种有所不同，挪威用的那个透平机，我认为效率是极其低下的；若用液压马达，压力又嫌低了，一般液压马达工作压力200 个大气压左右，而且工质必须是液压油，至于咸水直接进液压马达的美好愿望，则因诸多难题而无法商用，非得搞水油界面转换不可，可偏又碰到油遇水酸化问题。明知山有虎，偏向虎山行。科学网上的博友李维纲先生，他倒是绕开PRO ，直接玩第二类永动机 — 盐差扯淡永动机。看了他的文章（图说——利用渗透压构造第二类永动机的理论和实验），感觉原理似乎行得通，但估摸也就仅有理论价值，或可做教学演示之用，但根本无希望成大器。碰巧，今年我也转战渗透压新能源技术研究，并于近期提交了一项发明专利申请。我的思路是直接用渗透压驱动物理电池 — 一种无需电化学反应的电池，因而基本模型是没有电极的。没有电压输出、没有正负极桩，这也敢叫电池？没错！这是因为它能产生闭合环形离子电流，即重子电流，而不是常规导线内流动的电子流，即轻子电流。常规电池驱动负载时，用的是混合闭环电流 — 一半轻子电流（电池外）+ 一半重子电流（电池内）。因为“ 电子不下水 + 离子不上岸 ”的缘故，两种电流的界面上，必须有化学反应才能转换。我的渗透电池为纯种重子电流发生器，所以避开了电化学反应。目前，所有的电器负载，内部都只容许轻子电流流动。固体材料的晶格上的原子是不能流动的，电子只许在晶格间“游泳”。若幻想将电子固定，让重子的原子在电子海洋中“游泳”，这无异于天方夜谭。因而，我的重子电流电池，无法直接驱动常规电器负载。但没有这样的重子负载，不等于不能创造出这样的电器。我只好大胆提出重子电流驱动的电动机，有了此电机，就可以获得普通轻子电流输出的电源；有了它，其它电器就不必搞电流重子化，维持现状即可间接被渗透电池驱动。轻子电流可产生磁场，这是常识；重子电流照样可以产生磁场。同样的电流安培数，同样的线圈匝数，一定得到同样的磁场强度。欧洲强子对撞机 LHC 的质子流的磁效应，早已经得到验证。一般的电动机，内部定子或者转子有漆包铜线绕组，而重子电机只好改用塑料管绕组了。我的渗透电池闭环中的一段，接到此特种电机的 2 个水管接口上就行了。水管由细换粗成本很低，而同等直径的实心漆包铜线则贵的肉痛，也重的一塌糊涂！水管额定可载重子电流，呈指数级高于等径铜线的轻子电流。故而做电机绕组，水管线不需要那么多匝数，关键要解决好电流换向时的密封。这种物理电池，也能做成可“充电”的。只不过它的“充电”方式就是通过逆渗透恢复各液室的预设浓度。若天时地利使得电解质免费，如海边用之不竭的海水，“充电”就免了吧，直接将用过的废液倒掉，再就地取材填充新液。若用于电动车，需要配套便利的换液站。好在技术难度和投资都不大，将来搞得像加油站那样普及也不是难事。为得到大的重子电流，需要盐差或酸差尽量大，所用盐液或酸液尽量达到饱和浓度，以利于高渗透压驱动。例如，若用饱和盐酸，理论渗透压可达上千大气压。海水盐度离饱和还差10倍，显然有点小。渗透电池的另外一个亮晶晶的优势是她的极低漏电率。若关紧所有阀门再储存，放它几十年后，几乎还是满电。且因无极板电化学反应，也就没有可充放电循环极限数的限制，也无记忆效应，也就是说永不失效。对比铅酸蓄电瓶，若 1 个月不用不充，就可漏电到不能启动车了。由于内部极板逐渐出现不可逆硫化，必定存在一个可充放循环的极限数，超极限的电池就报废了。其实，任何现有可充电电池，若闲置一年，那么，不只是漏电那么简单，而是坏到难以修复。家家户户都能搜罗出大把放坏了的电池。渗透电池发明的意外斩获是：她可产生极其强大的磁场！据此特殊设计的装置，可望打破现有人造连续磁场强度的世界纪录—100 特斯拉！而中国科研攻关苦战八年的极限磁场能力，也不过45T ，不到美帝的一半。概述及研制过程的艰辛参见：大美强磁场。它本质上就是一个螺旋叶片板圈，原型于1933 年由美国物理学家Francis Bitter 发明。任何国家在此基础上的改进，基本都是国家机密，中国也守口如瓶。用轻子电流产生极限磁场，代价极其高昂，且不说每小时高达数千美金的用电及运行成本，仅安全防护设施就是不得了的大阵仗，说不定实验前还要疏散建筑物内人员。重子比轻子至少重1834 倍。若用质子流的话，产生1 百万安培的重子电流，质子交换膜的传质通量为每秒10 克质子，而大面积离子渗透膜处理区区10g/s的流率，压根就没啥大不了。若用钠离子，则比质子还要重23 倍。是故本发明推荐使用质子流— 也就是最轻的重子流。甚至超导线圈产生的轻子电流，对照我的渗透电池的最大重子电流，也显得相形见拙。要广义发嗲的话，或许可以怪嗔对称性破缺— 宇称不守恒：为何到处都是轻子电流应用，却不见重子电流应用？我的这一发明总算让重子电流填补空白，派上了大大的用武之地！恕不更多透露我的渗透电池之技术细节，以免离题太多。待时机成熟之时，将逐步暴料，请静候佳音！中国的海岸线漫长，河流密布，众多入海口的扯淡新能源，总量高得惊人，若能善用，势必盖过当前风光无限的其它新能源。现今骨干电网调峰采用的储能技术，清一色是抽水蓄能水库，能量密度极低， 100 米高的山间水库仅0.28Wh/kg ，但好在成本优势。对比我的渗透电池储能，能量密度较之以几何级数增高，而成本却仅以算术级数略增。可见，未来此技术发展成熟后，取代抽水蓄能将会势不可挡！总之，随着我的渗透电池技术问世，扯淡技术后劲十足，前途一片光明！参考信源： 1、我国最高强度稳态磁场创造新纪录：强磁场中心磁体产生35 万高斯 http://www.hf.cas.cn/xwzx/tpxw/201404/t20140417_4092820.html 2、渗透压： https://baike.baidu.com/item/%E6%B8%97%E9%80%8F%E5%8E%8B 3、Bitter electromagnet ： https://en.wikipedia.org/wiki/Bitter_electromagnet 4、Statkraft osmotic power prototype ： https://en.wikipedia.org/wiki/Statkraft_osmotic_power_prototype_in_Hurum 5、盐差能： https://baike.baidu.com/item/%E7%9B%90%E5%B7%AE%E8%83%BD; 13125 次阅读|40 个评论

节能冷却塔的节能争议: 热度 1 zhao1203 2016-12-16 16:19; 赵顺安 1、节能冷却塔的缘起常规的机械通风冷却塔的结构如图1示，工业循环水进入冷却塔由喷头喷洒至填料与空气进行热交换把废热传给空气，热空气由风机抽出遣散给大气。冷却塔的风机运转是由电动机提供动力，冷却塔只要运行必然有能量消耗。图1 机械通风冷却塔示意图在我国的一些循环水系统中，特别是早期的石化循环水系统，循环水进入冷却塔为保持循环水系统的压力，在进前塔管路阀门约有10水柱多的压力由阀门消耗，造成能量浪费。于是，便有了将冷却塔的电动机改造为水轮机来替代电动机驱动风机，称为水轮机冷却塔，如图2示。后来国家推行节能技术，发改委将冷却塔水轮机技术列入了《国家重点节能技术推广目录》（第三批）的第26项。并指出目前该塔型占比为1%，预计2015年行业中推广至10%，投入70亿元。此后，水轮机冷却塔便与节能连在了一起，你百度一下“节能型冷却塔”便明确指出了，就是水轮机冷却塔。图2 水轮机冷却塔示意图 2、“节能型冷却塔”并不节能水轮机冷却塔的能量消耗与常规冷却塔可以作一对比，要将冷却塔的热量散给大气，风机的轴功率是必须的，二者的区别仅是在于谁给风机提供动力。常规冷却塔的能量消耗是风机的轴功率除以电动机的效率，电动机的效率可达90%以上。水轮机冷却塔的能量消耗是风机轴功率除以水轮机的效率，再除以循环水泵效率，再除以循环水泵电动机效率。水泵、水轮机效率一般可达80%，即使达到90%以上也必是小100%的。风机的轴功率相同很直观水轮机冷却塔消耗更多的能量，因此，将水轮机冷却塔称为节能型冷却塔不合适。 3、水轮机冷却塔的有条件使用水轮机冷却塔的最早出现是利用循环水系统的余压，在其被列为重点推广节能技术后。很多场合为采用该技术而人为地将循环水系统的水泵扬程选高，这样不仅不节能而且还成了浪费能量。循环水管路系统的余压问题是循环水系统管路设计不合理造成的，采用水轮机冷却塔可以利用这部分能量达到节能。但是若对循环水管路系统重新进行水力学设计改造方案可行，仍应用常规冷却塔，系统节能效果将会更好。对于早期设计不合理的必须存在余压的循环水系统进一步设计改造投资过大，可采用水轮机冷却塔，其它条件一般不适合采用水轮机冷却塔，那样更耗能。更不宜为采用水轮机塔而人为加大水泵杨程。; 7692 次阅读|1 个评论

重现人类历史上第一台电动机: 热度 4 aeinstein 2012-10-10 09:19; 法拉第先生在19世纪末制造了人类历史上的第一台电动机。是一根一端浸没在水银里的通电导线，在磁铁的磁场下不停旋转。从此揭开了人类用电能产生机械能的序幕。记得小时候读法拉第传，书上就有这个电动机的手绘插图。当时也很向往，想自己做一个。不过限于条件，还是没有实现。其实水银可以用其他导电液体取代，比如食盐水。正好现在手边各种小玩意儿都齐全，重现法拉第的伟大发明就很容易变成现实了。如下视频。; 6084 次阅读|8 个评论

调控自旋将成为科技发展的新领域: kejidaobao 2011-5-19 11:21; 都有为，浙江杭州人，中国科学院院士，现任南京大学物理系教授。长期从事磁学和磁性材料的教学和研究工作，开展对磁性、磁输运性质与材料组成、微结构关系的研究。曾获国家自然科学奖二等奖、江苏省科技进步奖一等奖、2007年度何利－何梁科技奖，获中国专利20项。电子同时具有电荷与自旋磁矩二个自由度，或二个本征的特性。物质由原子所构成，原子由原子核与电子所组成，原子核由中子、质子构成，中子具有磁矩而不带电荷，中子、质子是由夸克等基本粒子所构成。据目前所知，除希格斯粒子磁矩与电荷均为零外，其他基本粒子均具有磁矩，但未必具有电荷，因此，磁矩比电荷具有更大的普适性。科学家巧妙地利用直流与微波磁场来调控核自旋磁矩的共振吸收特性，制备了广泛应用的核磁共振谱仪与核磁共振成像仪，这是调控电子自旋的范例。然而，长期以来，通常电荷与自旋在不同的领域起着重要的主角作用，人们利用电场调控电子电荷，从而在电力、电子领域中独领风骚，如电动机、发电机为主的电力工业所形成的第二次产业革命；以芯片、计算机为主角的第三次产业革命使人类进人到信息社会，而自旋磁矩主要在磁性材料领域中发挥了不可取代的作用。 20世纪80年代，法国Fert教授与德国Grünberg教授科研组彼此独立地在人工纳米结构中（多层膜）发现高达50％以上的磁电阻效应，被称为巨磁电阻效应。为此，他们被授予2007年度诺贝尔物理学奖，以表彰他们对凝聚态物理与信息技术的发展所做出的杰出贡献。该效应的物理本质是反映了在保持自旋取向的自旋扩散长度内，电子的输运性质与电子自旋的取向有关。对于磁性材料，电子的自旋扩散长度处于1~10nm，对于半导体等非磁性材料可增加到微米量级，传统的电工学与电子学所研究的对象其尺度通常远超过自旋扩散长度，于是电子在输运过程中无法保持一定的取向，从而统计平均的结果无法显示出电子自旋的作用，所以，以往电工学与电子学中不需要考虑电子的自旋。巨磁电阻效应表明：在纳米尺度内，电子输运过程中不仅可利用电子的电荷属性，而且同时可利用电子自旋磁矩，此时的电子学应当考虑电子自旋，称为自旋电子学（Spintronics）。同时利用电子的电荷与自旋，可使信息的传输、运算与存储在固体内部有机地结合在一起，这是科学家长期梦寐以求的目标。1997年IBM公司成功地制备成巨磁电阻效应读出磁头，提高硬盘记录密度几十倍，目前已超过200Gb/in2。20世纪90年代巨磁电阻效应的研究在世界范围内兴起了继高温超导氧化物研究之后的新高潮，形成了磁电子学的新学科。在应用上，磁随机存储器（MRAM），自旋晶体管，自旋传感器等均应运而生，其产值将大于千亿美元。更为重要的进展，是将电子自旋带入到半导体器件中，形成半导体自旋电子学新学科。从物理的观点考虑，二极管发展到超大规模集成电路，奠定了现代信息化社会的基础，但它仅仅利用电子具有电荷这一自由度，用电场调控电子运动。如今，可同时利用电子电荷与自旋这二个自由度，必将呈现前所未有的新效应、新器件。自由电子自旋间的互作用比电子电荷间的作用小1000倍，从而从原理上确定自旋电子学的器件其能耗必将可以低于传统微电子学器件。此外，自旋电子学器件通常具有抗辐射能力强、噪声低、运算速度快以及非易失性，即使电源中断，信息可继续保留等优点。未来，自旋流将可能取代目前半导体元器件中的电荷流，自旋将同时肩负信息的传输、处理与存储。自旋电子技术和自旋量子信息技术很可能会引起芯片技术革命性的变革，成为引领未来的新一代微电子技术。 20世纪也许可称为“电荷”的世纪，人们充分的调控电子具有电荷这一自由度，从而创造出从二极管直到超大规模的集成电路，奠定了信息社会的基础。21世纪也许属于“自旋”的新世纪，人们正在充分地利用、调控电子的另一个本征的自由度“自旋”，推动着社会迈向新的阶段。最近美国国家自然科学基金会提出“自旋电子科学的发展及应用将预示着第四次工业革命的到来”。自旋电子学材料与器件必将成为纳米科技领域中重要的成员，将会对科学与技术以及国防、国民经济起着十分重要的作用，值得我们从科技发展的战略高度给予足够的重视。; 个人分类: 栏目：卷首语|4555 次阅读|0 个评论

克隆选择原理的人工免疫算法: Kupeprntlkn 2011-1-16 22:06; 前段时间看一篇论文《基于克隆选择算法的无刷直流电动机速度自抗扰控制优化设计》，里面有两个内容自己很想搞明白，一个是自抗扰控制；另一个就是克隆选择算法，这些天没事时也看了些这两方面的一些资料，今天大概弄懂了克隆选择原理的人工免疫算法的一些基本原理。但现在如何用这种算法实现论文中对控制器参数的优化现在还不是很懂（现在我只会用遗传算法优化控制器参数），下面是用克隆选择算法求取Multi函数的一组仿真结果： Multi函数： f(x,y)==x*sin(4*pi*x)-y*sin(4*pi*y+pi)+1;; 1838 次阅读|0 个评论

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