Насосы, которые бьются как сердце, могут повысить энергоэффективность

Метод ритмической перекачки, вдохновленный человеческим сердцем, может сократить количество энергии, используемой для перемещения жидкостей по бытовым и промышленным трубам.


Прогонка жидкостей через такие системы – будь то перекачка нефти и газа с буровых установок на нефтеперерабатывающие заводы или циркуляция воды в системах отопления домов – по оценкам, потребляет от 10 до 15 процентов мирового производства электроэнергии.

Турбулентность внутри труб вызывает трение, которое значительно увеличивает количество энергии, необходимой для перекачки жидкостей. Предыдущие попытки уменьшить турбулентность включали сложные покрытия внутри труб, широкомасштабное внедрение которых было бы дорогостоящим.

Бьёрн Хоф из Австрийского института науки и технологий говорит, что копирование человеческого сердца является естественной отправной точкой для решения этой проблемы, поскольку оно имеет преимущества миллионов лет эволюции. Он и его коллеги обнаружили, что импульсное перекачивание жидкости через трубу – подобно тому, как человеческое сердце перекачивает кровь – может уменьшить трение в трубе и, следовательно, уменьшить потребляемую энергию.

Чтобы узнать больше, исследователи наполнили воду отражающими частицами и прокачали ее через прозрачные трубы, освещая их лазером, что позволило им визуализировать завихрения и водовороты в жидкости.

Они испробовали множество ритмических пульсирующих паттернов, большинство из которых фактически увеличивали энергию необходимую для перекачки. Но когда исследователи ввели короткую фазу отдыха между пульсами – как например, между ударами сердца – они обнаружили, что турбулентность в воде уменьшилась. Самые удачные эксперименты привели к снижению трения на 25 процентов и общему снижению энергопотребления на 9 процентов.

Чтобы извлечь выгоду из этого в реальном мире, насосы должны быть модифицированы так, чтобы они работали с пульсацией, что потребует затрат, но будет намного дешевле, чем модернизация футеровки зачастую длинных и неудобно расположенных труб. Однако как учёный, Бьёрн уточнил, что практическое применение лучше оставить инженерам.