Эту историю нам придется начать издалека… В 1871 году из печати вышла книга Д. Максвелла «Теория теплоты». В ней известный английский физик высказал такую мысль. Представим себе некое миниатюрное существо, способное следить за каждой молекулой окружающего нас воздуха. Наполним воздухом сосуд, разделим его на две части перегородкой. В перегородке пусть будет небольшое отверстие, такое, чтобы существо, следящее за молекулами, могло открывать и закрывать его так, чтобы при броуновском тепловом движении молекул в одну часть сосуда попадали только быстрые молекулы, а в другую только медленные. Таким образом, предположил Максвелл, существует принципиальная возможность повысить температуру в одной части сосуда и понизить ее в другой без всяких затрат энергии. Ведь движение молекул и создает температуру той или иной среды. Чем выше скорость движения молекул, тем выше и температура…
«Существу» дали меткое название «демон Максвелла», по достоинству оценив тонкость мыслительного эксперимента английского физика.
А потом произошли следующие события. В 1931 году французский инженер Ж. Ранк испытывал циклонные сепараторы для очистки газа от пыли. Принцип действия таких сепараторов: с помощью вентилятора слои газа в трубе закручиваются своеобразной спиралью. При этом частицы пыли, более тяжелые, чем молекулы газа, отбрасываются центробежными силами к стенкам трубы, где и улавливаются. Газ таким образом очищается. Ж. Ранк обратил внимание на такое, казалось бы, постороннее обстоятельство: центральные слои газа в циклонном сепараторе имели более низкую температуру, чем исходный газ. Ничего не зная о работе Ж. Ранка, такое же открытие делает советский гидродинамик К. Стахович. Детальные исследования показали, что вихри в трубе наделены удивительной способностью откачивать тепло от центральных слоев и передавать его наружным, на десятки градусов (!) понижая температуру в центре. Таким образом, появилась принципиальная возможность создавать холодильники, для которых не нужен ни фреон, ни аммиак…
Однако, как мы убедились на примере «демона Максвелла», принципиальная возможность далеко не всегда осуществима практически. Десятки изобретателей из многих стран трудились долгие годы, прежде чем наконец появились конструкции вихревых холодильников с достаточно высоким коэффициентом полезного действия. Одним из первых такую конструкцию создал заслуженный изобретатель Латвийской ССР, кандидат технических наук А. И. Азаров. Его холодильник ТВХ-14 для тепловозов с успехом демонстрировался на ВДНХ СССР, на международных выставках.
Схема вихревого холодильника:
1 — корпус;
2 — входной патрубок;
3 — выход холодного воздуха;
4 — выход теплого воздуха.
Этот холодильник использует для своей работы струю воздуха, которая под давлением 5-7 атмосфер поступает из пневмосистемы поезда, — рассказывает изобретатель. — Воздушный вихрь и обеспечивает достаточно низкую температуру в камере, чтобы машинист и его помощник могли хранить в холодильнике продукты, взятые с собой в дорогу. Конечно, использовать такой холодильник в обычной квартире нерационально: откуда взять столь мощный поток воздуха? А вот для вагонов — холодильников, для авторефрижераторов, которых нашей стране требуется несколько миллионов, они вполне пригодятся. Взять хотя бы такой пример: при обычной температуре помидоры могут храниться 3-4 суток, а вот при пониженной — до 15 суток. Этого вполне достаточно, чтобы вагон или автотрейлер проехал несколько тысяч километров. Так инженеры могут помочь решению Продовольственной программы.
— Но для этого, очевидно, нужно выпустить побольше холодильников, в том числе и вихревых. Что этому мешает?
— Широкому распространению вихревых холодильников, — говорит Анатолий Иванович Азаров, — мешает вот какое обстоятельство. Холодильники созданы, работают, но никто пока так и не сумел разобраться почему. Хоть и впрямь предполагай, что тут замешан какой-нибудь «демон Максвелла». Это, конечно, шутка, но если серьезно, то до сих пор этот эффект так до конца и не познан. Большинство исследователей на сегодняшний день придерживается так называемой гипотезы вихрей, согласно которой разность температур возникает из-за турбулентных пульсаций вихрей в поле центробежных сил. Но эта гипотеза «работает» только на макроуровне. А что происходит в мире молекул?.. Это пока неясно. Узнать же это необходимо — только таким образом можно повысить коэффициент полезного действия вихрей. Вихревые холодильники еще ждут своего Максвелла…
Е. БИБИКОВ, кандидат технических наук
Рисунки О. ТАРАСЕНКО
Юный Техник 1983 №1