Est-il possible de construire un compresseur d'air sans pièces mobiles?

Est-il physiquement possible de construire un compresseur d'air sans pièces mobiles? J'imagine un cycle thermodynamique capable de comprimer l'air sans pièces mobiles et fonctionnant de manière stationnaire. Il n'y a pas de limitation sur le facteur de compression, à condition qu'il soit significativement supérieur à un (1,1, 2, 100 ...) mais le design doit être réalisable.

Zéro pièce mobile est une grosse contrainte. Vous pouvez l'interpréter comme l'absence de pistons, de vilebrequins et d'autres mécanismes complexes qui s'useront avec le temps. Si certaines pièces mobiles sont nécessaires, quelles sont les pièces mobiles minimales requises, avec les exigences de maintenance les plus faibles?

Il est possible de fabriquer une pompe à air / compresseur sans aucune pièce mobile.

Faites une petite chambre électriquement non conductrice et collez-y 2 électrodes. Impulsez un arc à travers les électrodes pour que la pression de la chambre augmente et diminue rapidement. Utilisez des clapets antiretour Tesla (car ils ne contiennent aucune pièce mobile) pour l'admission et l'échappement.

Lorsque l'arc se forme à travers la chambre, l'air clos devient surchauffé et se dilate principalement hors de l'orifice d'échappement en raison des vannes tesla, puis la chambre se refroidit et aspire de l'air frais à travers l'autre vanne tesla.

Cela peut également être fait avec n'importe quelle source de chaleur pulsée.

Si un certain type de clapet anti-retour d'étanchéité est utilisé pour remplacer la valve tesla, vous pouvez également maintenir des niveaux de compression élevés.

Vous n'atteindrez pas un débit très élevé ni une pression très élevée (en plus, vous devez contrôler la sortie de gaz), et c'est un peu tromper les "pièces mobiles" mais vous pouvez faire un compresseur sans pièces solides mobiles. De plus, cela gaspille beaucoup d'énergie - vous feriez mieux de convertir l'énergie en électricité et d'utiliser un compresseur classique, mais si pour une raison quelconque vous souhaitez obtenir de l'air sous pression sans pièces mécaniques, ce serait tout.

Vous avez besoin d'un fort débit d'eau et d'une grande différence d'altitude. Prenez un débit d'eau rapide et fort. À l'aide de l' effet Venturi ou d'une autre manière, aérez l'eau - mélangez-la avec des bulles d'air / de gaz. Lorsque l'eau descend rapidement dans le tuyau, les bulles remontent plus lentement que le débit d'eau - elles sont transportées vers le bas. Malgré un écoulement rapide, la sortie du tuyau est quelque peu rétrécie et, par conséquent, la pression de l'eau augmente avec la hauteur de la colonne d'eau, et avec la colonne d'eau en appuyant, la pression dans les bulles augmente également.

Ensuite, le tuyau tourne latéralement. Les bulles ne sont plus entraînées vers le bas et se déplacent donc vers le côté supérieur du tuyau, finissant par s'échapper du débit d'eau et s'accumulant dans un réservoir au-dessus du bord supérieur du tuyau; ils sont à la même pression que l'eau - qui doit encore passer une constriction, donc sa pression est assez élevée.

Bien sûr, cela ne fonctionnera pas avec des tuyaux étroits et un faible débit car la viscosité de l'eau réduirait la vitesse de descente et la répartition de la pression. Et la quantité d'air prélevée doit être contrôlée car - contrairement aux compresseurs normaux - la pression est maintenue à tout moment, mais le volume du gaz baisse, et si vous l'évacuez, vous commencerez à puiser de l'eau. Et évidemment, il existe de meilleures utilisations pour un débit d'eau à haut volume et à haute pression que la compression d'un peu d'air. C'est du gaspillage, car la majeure partie de l'énergie de l'eau est perdue. Pourtant - le concept est solide; en ajustant la hauteur du tuyau descendant, vous pouvez atteindre des pressions tout à fait raisonnables, à environ 1 bar par 10 m. Et la seule pièce mobile physique est la soupape de sortie qui n'a pas besoin de se déplacer pendant le fonctionnement.

Les trompes sont très similaires et étaient autrefois utilisées pour fournir de l'air comprimé aux fours.

La construction à haute tension dans un ionocraft fournit un flux d'air sans aucune pièce mobile. La différence de pression est très faible, mais la combinaison de plusieurs étapes l'augmentera.

Interprétant les «pièces mobiles» comme signifiant que chaque partie solide de l'appareil doit être rigide, et l'exigence comme la capacité de fournir un flux d'air constant à une pression constante non triviale supérieure à la température ambiante, je soupçonne que la réponse est un non qualifié.

Je suppose également que les carburants et les fluides de travail ne comptent pas comme des «pièces».

$p \propto \frac{NT}{V}$

Une approche serait d'imiter un compresseur d'air typique et d'essayer d'éliminer autant de pièces mobiles que possible. Par exemple, quelque chose comme un vérin hydraulique pourrait éliminer les pistons, les roues à aubes, les vis, etc. et nous permettre d'extraire l'énergie d'un plan d'eau en mouvement pour comprimer l'air, mais cela nécessite toujours des vannes. Une pompe sans soupape comme on le voit dans cette vidéo nécessite un piston rotatif spécial. Un siphon de base n'a aucune pièce mobile du tout et il peut créer de la pression si vous enfermez le réservoir inférieur, mais il est totalement impraticable dans le cadre d'un compresseur d'air - et même s'il ne l'était pas, vous auriez toujours besoin d'une sorte de valve pour délivrer l'air sous pression.

Une autre approche consiste à manipuler la température, ce qui ressemble à ce que vous avez en tête. Il est assez facile de générer de la chaleur sans pièces mobiles; un brûleur ou une bobine électrique le fera. Mais comment contourner le problème des vannes? Pour que la pression monte, vous avez besoin d'un espace clos, et une fois que vous avez de la pression, l'air doit sortir de cet espace clos. Si vous vouliez faire preuve de créativité, vous pourriez essayer quelque chose comme un diaphragme avec une ouverture qui ne s'ouvre que lorsque le diaphragme s'est élargi; la pression fera alors sa propre sortie. Mais un diaphragme ou une vessie solide qui se dilate et se contracte me semble également être une pièce mobile. Elle pourrait être plus durable que d'autres types de pièces mobiles, je suppose, mais là encore, elle pourrait ne pas l'être.

Pour produire un flux de pression constant, vous avez besoin d'un réservoir de rétention et l'amplitude de votre pression de refoulement sera considérablement réduite en fonction de la limite supérieure de pression que vous pouvez développer dans le réservoir de rétention et de la rapidité avec laquelle vous pouvez le développer. Les vannes Tesla suggérées dans la réponse de netduke sont très intelligentes mais ce sont vraiment des dispositifs de limitation de débit différentiels; Je ne les vois pas être en mesure de développer et de maintenir la pression dans un réservoir que vous pourriez libérer à la demande de puissance pneumatique.

La raison pour laquelle il s'agit d'un non "qualifié" est la suivante. En théorie, si vous acceptez que votre compresseur d'air peut être totalement impraticable pour la plupart des utilisations, vous ne comptez pas la déformation élastique comme un mouvement et vous "trichez" plusieurs fois avec des valves et des régulateurs, alors oui. Vous pouvez créer un appareil qui comprime l'air dans un réservoir, puis en faire ce que vous voulez. Dans la pratique, cela ressemble à une mauvaise idée qui n'évolue pas bien, mais c'est un exercice intéressant à jouer.

Une autre qualification est que vous pourriez obtenir une réponse complètement différente dans un contexte microfluidique.

La pompe Knudsen ne comporte aucune pièce mobile et est basée sur la diffusion thermique (le gaz circule de l'extrémité basse à haute température d'un tube). La contre-pression à laquelle l'écoulement peut résister est appelée différence de pression thermomoléculaire et est fonction du rapport entre le libre parcours moyen du gaz et les dimensions des parois du tube - les progrès modernes du concept ont utilisé divers matériaux tels que les zéolithes constituées de nano- l'échelle des pores pour améliorer ce rapport.

Oui. Un appareil étonnant appelé tromp ou trompe . Le débit d'eau sur et en bas d'un entonnoir avec une paille ou un tube élevé au-dessus du niveau de l'eau. L'eau qui coule entraîne l'air ambiant avec elle, tirant l'air à travers la paille et oxygénant l'eau avec de petites bulles d'air. L'eau se déplace à travers le tube sous la rivière ou le ruisseau dans lequel elle est placée et lorsqu'elle se déplace horizontalement à travers le tube, les bulles d'air s'échappent dans un ou deux réservoirs d'air connectés au tuyau ... ce qui comprime l'air. Tant que l'eau coule, même assez lentement, l'air se comprime dans les réservoirs.

Il y a environ 100 ans, une exploitation minière à grande échelle au Canada a utilisé un trompe pour alimenter tous les forets pneumatiques, etc. Pourquoi ce n'est pas utilisé aujourd'hui est déroutant?

Cela se fait facilement en utilisant un flux supersonique. Soit ajout de chaleur ou ondes de choc.

En supposant que cette question soit théorique, la réponse peut être de chauffer l'air. Il est similaire aux post-brûleurs des jets militaires. Voir: Wikipedia \ afterburner Vous n'avez pas à ajouter le fluide de combustion dans votre flux, si vous utilisez des canaux, comme dans un chauffe-eau domestique.

Le principe de la postcombustion, lié à l'augmentation de la pression d'un flux d'air, est cité ci-dessous: "La postcombustion injecte ensuite du carburant en aval de la turbine et réchauffe le gaz. En conjonction avec la chaleur ajoutée, la pression augmente dans le tuyau d'échappement et le gaz est éjecté à travers la buse à une vitesse plus élevée. Le débit massique est également légèrement augmenté par l'ajout de carburant. "

C'est absolument possible et cela se fait depuis un certain temps maintenant dans les compresseurs thermoacoustiques . À l'origine, ils ont été développés pour les refroidisseurs cryogéniques pour condenser les gaz en liquides et cela reste leur principale application, bien qu'il existe des entreprises qui travaillent à porter cette technologie au niveau des consommateurs. Ces compresseurs n'ont pas, ou tout au plus une, pièces mobiles (la source sonore). Ils ont également l'avantage de ne pas utiliser de gaz à effet de serre.