الزخرفة الحرارية الدورانية: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

خلفية:

هذه تجربة / زخرفة كهروحرارية أخرى حيث يدور الهيكل بأكمله (شمعة ، وجانب ساخن ، ووحدة وجانب بارد) ويتم تسخين وتبريد نفسه مع توازن مثالي بين طاقة خرج الوحدة ، وعزم دوران المحرك ودورة في الدقيقة ، وكفاءة الشمعة ، ونقل الحرارة ، كفاءة التبريد وتدفق الهواء والاحتكاك. تجري هنا الكثير من الفيزياء ولكن ببناء بسيط للغاية. أتمنى أن تستمتع بهذا المشروع!

شاهد مقاطع الفيديو للحصول على النتيجة النهائية: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

يمكن العثور على بعض مشاريعي الكهروحرارية الأخرى هنا:

المروحة الكهروحراريةشاحن الهاتف الذكي LED للطوارئ المفهوم:

يُطلق على قلب البناء ، الوحدة الكهروحرارية ، أيضًا اسم عنصر بلتيير وعندما تستخدمه كمولد يطلق عليه تأثير سيبيك. لها جانب ساخن وآخر بارد. تولد الوحدة الطاقة لقيادة المحرك الذي يتم توصيل المحور بالقاعدة. سيتحول كل شيء وسيبرد تدفق الهواء المشتت الحراري العلوي أسرع من لوح الألمنيوم أدناه. ارتفاع فرق درجة الحرارة => زيادة الطاقة الناتجة => زيادة عدد دورات المحرك في الدقيقة => زيادة تدفق الهواء => زيادة فرق درجة الحرارة ولكن انخفاض قوة الشمعة. نظرًا لأن الشمعة تتبع الدوران أيضًا ، فستكون الحرارة أقل كفاءة مع زيادة السرعة وهذا سيوازن RPM إلى دوران بطيء لطيف. لا يمكن أن تسير بسرعة كبيرة لإخماد النار نفسها ولا يمكن أن تتوقف حتى تنفد الشمعة من الوقود.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

نتيجة:

كانت خطتي الأصلية هي الحصول على شموع ثابتة (انظر الفيديو) لكنني وجدت أن هذا البناء كان أكثر تقدمًا ومتعة. يمكنك تشغيل هذا باستخدام شموع ثابتة ولكنها ستتطلب 4 منها إذا لم تستخدم وحدتين أو منطقة تسخين ألمنيوم أكبر.

تتراوح السرعة بين 0.25 و 1 ثورة في الثانية. ليس بطيئًا جدًا وليس سريعًا جدًا. لن تتوقف أبدًا وستشتعل النار حتى تفرغ الشمعة. سيكون المشتت الحراري ساخنًا جدًا بمرور الوقت. لقد استخدمت وحدة TEG ذات درجة حرارة عالية لهذا ولا يمكنني أن أعدك بأن تكون تكلفة TEC (وحدة بلتيير) أرخص. يرجى العلم أنه إذا تجاوزت درجة الحرارة مواصفات الوحدة ، فسوف تتلف! لا أعرف كيف أقيس درجة الحرارة ولكن لا يمكنني لمسها بأصابعي لذا أعتقد أنها في مكان ما بين 50-100 درجة مئوية (على الجانب البارد).

الخطوة 1: المواد والأدوات

المواد:

• لوح الألمنيوم: 140x45x5mm
• قضيب بلاستيكي: 60x8 مم [من ستارة فينيسية]
• محرك كهربائي: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [إيباي].
• الوحدة الحرارية (درجة حرارة عالية TEG): TEP1-1264-1.5 [من مشروعي الآخر ، انظر أدناه]
• المشتت الحراري: ألومنيوم 42x42x30mm (قنوات هواء اتجاهية واحدة) [من كمبيوتر قديم]
• 2x براغي + 4 غسالات للمحرك: 10x2.5mm (لست متأكدا من الخيوط)
• عدد 2 من المسامير لتركيب المشتت الحراري: 2x14 ملم (مقطوع)
• عدد 2 من الينابيع لتركيب المشتت الحراري
• وزن العداد: برغي M10 + 2 صواميل + 2 غسالات + مغناطيس للضبط الدقيق
• معجون حراري: KERATHERM KP92 (10 W / mK، 200C max temp) [conrad.com]
• سلك فولاذي: 0.5 مم
• خشب (البتولا) (القاعدة النهائية 90x45x25mm)

مواصفات TEG:

اشتريت TEP1-1264-1.5 في https://termo-gen.com/ تم اختباره عند 230 درجة مئوية (الجانب الساخن) و 50 درجة مئوية (الجانب البارد) مع:

Uoc: 8.7V Ri: 3Ω U (تحميل): 4.2V I (تحميل): 1.4A P (مباراة): 5.9W الحرارة: 8.8W / cm2 الحجم: 40x40mm

أدوات:

• المثقاب: 1.5 ، 2 ، 2.5 ، 6 ، 8 و 8.5 ملم
• منشارا
• ملف (معدن + خشب)
• فرشاة سلك
• الصوف الصلب
• مفك براغي
• ورقة زجاج
• (لحام حديد)

الخطوة 2: البناء (لوحة)

انظر الرسومات لجميع القياسات.

1. ارسم على لوح الألمنيوم أو استخدم قالبًا.
2. استخدم منشارا لقطع القطعة.
3. استخدم الملف للضبط الدقيق
4. حفر فتحتين 2.5 مم للمحرك (22 مم بين) بالإضافة إلى فتحة 6 مم لمركز المحرك
5. حفر فتحتين 2 مم حيث ستكون المسامير (لتركيب المشتت الحراري)
6. حفر ثقب واحد 8.5 مم للوزن المضاد (سيتم ملولب مثل M10)
7. قم بإنهاء الأسطح بفرشاة سلكية وصوف

الخطوة 3: البناء (القاعدة)

لقد استخدمت قطعًا من الخشب بنصف النار.

1. استخدم الملف والورق الكاشطة قبل قصه (أسهل في التثبيت)
2. حفر ثقب 8 مم في المركز العلوي للقضيب (عمق 20 مم ، وليس كل الطريق من خلاله)
3. قص القطعة بطول 90 مم
4. قم بإنهاء السطح
5. استخدم طلاء الزيت أو الخشب للحصول على لون سطح جميل (قمت بتطبيق طلاء الخشب الداكن بعد كل الصور للحصول على مظهر أفضل)

الخطوة 4: البناء (شمعة شماعات)

هذا هو الجزء الأكثر صعوبة على ما أعتقد. ربما يكون أسهل إذا قمت بذلك في النهاية عندما ينتهي كل شيء ويعمل. لقد استخدمت سلكًا رقيقًا لثنيه باستخدام قطعتين فقط. كان من الصعب تصوير جميع الزوايا. سيثبت هذا الجزء الشمعة أسفل الوحدة الكهروحرارية على مسافة بعيدة حتى لا يلمس اللهب لوح الألمنيوم.

1. ثني جزأين متطابقين لتناسب الشمعة
2. الصق الجزأين معًا

الخطوة 5: التجميع (المحرك)

1. استخدم غسالة واحدة على كل جانب من جوانب اللوحة
2. تأكد من أن البراغي بطول صحيح (لفترة طويلة سوف تلحق الضرر بالمحرك)
3. برغي المحرك

ستفصل الغسالات المحرك قليلاً عن اللوحة وتتأكد من عدم ارتفاع درجة حرارتها لاحقًا.

الخطوة 6: التجميع (وحدة TEG)

يعد استخدام المعجون الحراري جزءًا مهمًا للحصول على انتقال جيد للحرارة بين الأجزاء. لقد استخدمت معجونًا حراريًا بدرجة حرارة عالية (200 درجة مئوية) ولكنه "قد" يعمل مع معجون حراري عادي لوحدة المعالجة المركزية. يمكن أن تستغرق عادة ما بين 100-150 درجة مئوية.

1. تأكد من نظافة أسطح اللوحة والوحدة والمشتت الحراري من الأوساخ (يجب أن تكون ملامسة جيدة)
2. ضع معجون حراري على "الجانب الساخن" من الوحدة
3. إرفاق وحدة الجانب الساخن على اللوحة
4. ضع معجون حراري على "الجانب البارد" للوحدة
5. إرفاق بالوعة الحرارة أعلى الوحدة
6. قم بتوصيل الينابيع لتثبيت المشتت الحراري (يؤدي الضغط العالي إلى نقل أفضل للحرارة)

الخطوة 7: التجميع (قضيب ولوحة القاعدة)

1. حفر ثقب 1.5 مم في القضيب (عمق 3 مم)
2. اربط محور المحرك بالقضيب
3. اربط قضيبًا بالخشب الأساسي

الخطوة 8: التجميع (المحرك ، حامل الشمعة ووزن العداد)

1. قم بتوصيل كابلات الوحدة بالمحرك (مكواة اللحام جيدة)
2. قم بتوصيل علاقة الشمعة بنفس المسامير التي يتم توصيل زنبركات المشتت الحراري بها
3. ضع شمعة في الحظيرة
4. قم بتركيب ثقل العداد وقم بإمالة الهيكل للتأكد من حصولك على التوازن الصحيح

الخطوة 9: النهائي

يرجى الانتباه إلى أن الحرارة المنبعثة من الشمعة يمكن أن تلحق الضرر بالوحدة الخاصة بك إذا كانت المواصفات ذات درجة حرارة قصوى منخفضة. حتى الجانب البارد سيكون حارًا جدًا! خطوة أخرى قد ترغب في القيام بها هي تحضير المشتت الحراري بشريط كهربائي وتعبئته بالماء. تأكد من أن الجانب البارد لن يصل أبدًا إلى أكثر من 100 درجة مئوية! كانت خطتي هي القيام بذلك ولكني لم أكن بحاجة إليه.

1. أضيء الشمعة (منفصلة)
2. ضع الشمعة
3. انتظر 10 ثوانٍ وربما حاول مساعدته على الدوران لبدء العمل قبل أن يسخن الجانب البارد
4. يتمتع!

الصيغة الأساسية: الطاقة = الطاقة + المتعة

الصيغة التفصيلية: RPM = mF (tegP) -A * (RPM ^ 2)

RPM = "دورات المحرك في الدقيقة" mF () = "صيغة خصائص المحرك" tegP = "قوة الوحدة" A = "مقاومة الهواء + ثابت احتكاك المحرك"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "صيغة خصائص الوحدة الحرارية" Tdiff = "فرق درجة الحرارة"

Tdiff = بالوعة (RPM) - بالوعة النار (RPM) () = "صيغة خصائص المشتت الحراري على أساس سرعة الهواء" fire () = "صيغة كفاءة حريق الشمعة على أساس سرعة الهواء"

أخيرًا: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM))) - A * (RPM ^ 2) الحلول البديلة (لا تتردد في تقديم اقتراحات):

1. وحدتان ومشتتات حرارية (بشكل متماثل) على كل جانب من جوانب المحرك لمزيد من الطاقة

   قم بتوصيل الوحدات بالتوازي أو بالتسلسل مع المحرك (أقوى مقابل أسرع)

2. استخدم الشموع الثابتة على الأرض أو مثبتة في القاعدة

   • اضطررت إلى استخدام 4 شموع للحصول على طاقة كافية
   • انظر فيد