水力自发热水杯
水力自发热水杯是将微型水轮发电机组装在杯子中的一款水杯。此水杯以能量转换为研究依据，结合水力发电原理，在水流驱动水轮机转轮旋转的过程中实现水能转换为旋转机械能，又通过水轮机主轴带动发电机将旋转机械能转换为电能，发电机产生的电能使电阻丝加热使水温上升。
标签：节能水杯；水力发电；自发热；能量转换
1 前言
市场针对喝热水的需求研发了自热水杯。已有的自热水杯分为外接电源式加热水杯和物理降温升温杯。前者加热需要外接电源；后者是杯子内外壁之间存在某种固体或液体物质，从而达到热水降温，冷水升温的功能，但是内容物泄露会危害人体健康。以上水杯由于各自的局限性不能很好地满足户外喝上热水的需求。
结合水利知识，基于前述问题，本论文研究了水力自发热水杯的可行性。将微型水轮发电机和电阻丝组装在杯子内部，通过能量转化实现杯中水自发热。
2 结构设计
2.1 结构形式
产品构成：外层为传统保温性能好的材质，内层结构具体设计如下：将可逆式微型水轮发电机与水杯内壁相连，杯身环绕与水轮机相接的电阻丝。电阻丝夹在保温杯内层与外层之间。见图1。
2.2 使用方法
水杯有加热和保温的作用。摇晃杯身，使杯中的水与水轮机充分接触，水的流动带动水轮发电机工作，从而连接的电阻丝加热，摇晃一段时间杯身会升温。杯中采用的是可逆式微型水轮发电机，朝着任何方向摇晃杯身，杯中的水都能与微型水轮发电机接触并带动其工作。
3 水杯能量转换效率计算
3.1 计算参数
人在行走过程中，杯子中的水随着身体摆动的频率上下晃动。人每次抬腿向前迈步时，假设理想状况下水完全晃荡到杯顶，在重力作用下回落到杯底，在下落过程中水能作用在水轮发电机上完成能量转换。从水轮机流出的水流速度忽略不计。（注：本产品采用可逆式水轮机，人行走一步为水的一个运动周期，水来回进行两次能量转换。）
3.2 水轮发电机的效率关系
此款杯子中采用的是微型轴流式可逆式水轮机，水轮机和发电机的工作效率参数如下。

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