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/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / electron / 21709 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-12-29  |  3.3 KB

  1. Xref: sparky sci.electronics:21709 sci.energy:6494 rec.autos:30700
  2. Path: sparky!uunet!portal!cup.portal.com!lordSnooty
  3. From: lordSnooty@cup.portal.com (Andrew - Palfreyman)
  4. Newsgroups: sci.electronics,sci.energy,rec.autos
  5. Subject: Re: Flywheel batteries as EV power source
  6. Message-ID: <72577@cup.portal.com>
  7. Date: Tue, 29 Dec 92 18:20:47 PST
  8. Organization: The Portal System (TM)
  9. Distribution: world
  10. References: <78564@ncratl.AtlantaGA.NCR.COM> <Bzu6DJ.I6v@ns1.nodak.edu>
  11.   <51718@seismo.CSS.GOV>
  12. Lines: 53
  13.  
  14. Richard Stead hypothesises that the specific energy (J/Kg) of
  15. a practical flywheel will not be able to exceed the specific
  16. energy of gasoline, when both the shielding mass and realistic
  17. materials' stress characteristics are taken into account.
  18. This is a key parameter in this whole discussion, independent
  19. of the safety debate which has been raging here; i.e. if this
  20. assertion is true, then flywheels look really unattractive in
  21. any case, modulo political and environmental arguments of course.
  22. Let's look at that.
  23.  
  24. Let the flywheel be of mass mf, density df, radius r, thickness f
  25. and rotational speed (rad/sec) of w.
  26. Its energy E = 0.5*mf*(r*w)^2 and mf = pi*df*f*r^2.
  27.  
  28. Model the shield as a sphere of radius r (more or less), density ds,
  29. mass ms and thickness s, where ms = (4*pi/3)*ds*[ (r+s)^3 - r^3 ].  
  30.  
  31. We need a relationship between s and E.
  32. Generally we could write s = k*E^n, but let's intuit (probably gravely
  33. wrong!) that, like viscous drag (m*d2x/dt2 = -a*dx/dt), s will need to
  34. vary as k*sqrt(E), where k is determined by the fragments' maximum
  35. expected mass (mx), the viscosity (a) of the shield material, and the
  36. proportion (x) of the total energy (E) carried by a worst-case fragment.
  37. Classically k= sqrt(2*mx*x)/a. So assume that s = k*sqrt(E).
  38.  
  39. The specific energy of the system comprising flywheel plus shielding is
  40. A = E / (mf + ms). Since s is a function of E, there will be an optimal
  41. A, which we find by partially differentiating A wrt E.
  42. I find this to be at the critical flywheel mass
  43.  
  44. mfc = (2*pi*ds*k/3)*(k^2*E*sqrt(E) - 3*r^2/sqrt(E)) 
  45.  
  46. Hopefully, for the large E-values we're playing with, this is a positive
  47. number. Assuming further that it's realisable, the substitution into A
  48. gives
  49. Amax = 1/( 4*pi*ds*k *(k^2*sqrt(E) + 2*k*r + 2*r^2/sqrt(E) - r^2/(E*sqrt(E)) )
  50.  
  51. Note that Amax depends inversely on k, which makes sense when you realise
  52. that a small k-value translates into a thinner shield for a given E.
  53. However, note also that Amax depends inversely on ds, which is naively
  54. obvious, but disregards the relationship between k and ds for real
  55. materials; one would expect ds to be inversely related to k. This implies
  56. that there is a further optimisation on the shield material to be made.
  57.  
  58. If you've tagged along so far, I expect that you're expecting a conclusion.
  59. Well, there ain't one :-). Although the specific energy for gasoline 
  60. burned in an IC engine is known, and one could estimate ds = 10^4 Kg/m^3,
  61. I still don't know k, the shielding parameter with units metres/sqrt(Joule).
  62. So let me know what you come up with yourselves!
  63.  --------------------------------------------------------------------------
  64. | lord snooty @the giant |  Would You Like Space Potatoes With That?       |
  65. | poisoned electric head |              andrew_-_palfreyman@cup.portal.com |
  66.  --------------------------------------------------------------------------
  67.