http://www.eprussia.ru/epr/39/2656.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 11 (39) ноябрь 2003 года
Как приручить смерч
Наука и новые технологии
Э. В. Борисов, кандидат технических наук
Природа смерчей основана на преобразовании воздушных потоков в единый закрученный поток, обладающий огромной энергией. Смерч - это природное бедствие, связанное с огромными материальными и людскими потерями. Как использовать принцип, заложенный в этом природном явлении, на пользу человечеству?
При этом радиальная координата произвольной точки траектории частицы изменяют по линейной зависимости, а азимутальную координату изменяют по закону y=К(Х*Х - 2Х), где К - коэффициент, пропорциональный скорости движения сплошной среды у основания области слияния. Значение коэффициента К зависит от большого числа факторов и устанавливается экспериментально.
Благодаря тому, что слияние струй производится при равномерном распределении их концов по границам области слияния, обеспечиваются оптимальные условия взаимодействия струй при образовании закрученных потоков. Это приводит к уменьшению потерь энергии при образовании закрученного потока и, следовательно, к ее увеличению в сформированном смерчеобразном потоке.
Газ, жидкость или иная многокомпонентная смесь под воздействием избыточного давления, например естественного потока воздуха, через щели поступает в криволинейные направляющие и, закручиваясь в них, сливается в смерчеобразный поток в области слияния. При этом чем круче движение струй в направляющих, тем круче движение струй вдоль продольной составляющей.
Однако при движении струй в направляющих, с одной стороны, происходит формирование условий для наилучшей отдачи энергии сплошной среды в энергию закрученного потока, но, с другой стороны, происходит потеря энергии струи в направляющих. Экспериментальные исследования показали, что в начале формирования струй на расстоянии от оси, равной высоте области слияния, обеспечивается оптимальная длительность движения струй по направляющим, при которой обеспечивается максимальная отдача энергии сплошной среды в энергию закрученного потока.
Этот мощный поток может быть использован для вращения ротора генератора электрической энергии или иного устройства, содержащего вращающиеся рабочие элементы, поэтому одно из перспективных направлений использования этого способа формирования закрученных струй связано с его применением в гидро- или ветрогенераторах.
Эффект от использования закрученных потоков в этом случае проявляется в том, что вращение лопастей, например ветрогенератора, производится не под воздействием относительно небольшой доли энергии фронтального потока, определяемой площадью лопастей, а под воздействием энергии фронтального потока от значительно большей площади, которая пропорциональна суммарной площади щелей кожуха. Кроме того, воздействующий на вращающиеся лопасти поток уже будет иметь закручивающую структуру, а динамическое разряжение закрученного потока придаст ему дополнительную динамическую энергию. Указанные факторы и позволяют повысить мощность ветрогенераторов.
Проведенные эксперименты указывают и на такой дополнительный эффект использования закрученного потока в ветрогенераторах, как низкая чувствительность к изменению скорости и направления ветра в естественных природных условиях.
Несколько позже были проведены теоретические и экспериментальные исследования приложения этого принципа в устройствах слива жидкости, например, для слива топлива на ТЭЦ, слива из цистерн, танкеров, нефтехранилищ. Экономически выгодно сокращать время слива, но эффект ускорения слива желательно достигать без существенных дополнительных материальных затрат. С учетом этих требований были разработаны и запатентованы способ слива и устройство для его осуществления.
Устройство внешне похоже на представленное выше. Оно выполнено воронкообразным с вертикальными образующими в виде трактрис и цилиндрическим выходным участком. Внутри корпуса выполнены лопасти, которые разделяют жидкость на потоки и закручивают их в направлении, противоположном направлению кореолесова ускорения. Такое направление закручивания выбрано для того, чтобы при малом объеме оставшейся жидкости обеспечивалось ухудшение условий засасывания воздуха в выпускное отверстие, что в меньшей степени снижает интенсивность слива, чем при естественных условиях совпадения направления закручивания с направлением кореолесова ускорения.
Форма каждой из лопастей выбрана в виде кривой, начало которой расположено на продольной оси, а зависимость модуля величины угла поворота, лежащего в интервале от 0 до 270 градусов, выбрана в форме трактрисы с параметром разности входного радиуса корпуса и радиуса выходного участка. Проведенные эксперименты без дополнительной оптимизации форм лопастей подтвердили наличие ожидаемого ускорения слива жидкости благодаря эффекту создания динамического разряжения и снижения статического давления в области слива. Ожидается, что экспериментальная и теоретическая доводка подобных устройств для конкретного вида жидкостей и сосудов даст эффект ускорения слива на 15-20 процентов. При этом само устройство слива, которое может быть выполнено в виде недорогой насадки на сливное отверстие, технологически несложно изготовить и использовать.
Особенно выгодно применение этого устройства перевозчикам различных видов жидкости - увеличивается оборот подвижного состава (автоцистерн, ж/д цистерн, танкеров) и потребителю услуг по перевозке за счет уменьшения стоимости фрахта, ж/д тарифов и т.д.
Представляется, что объемы теоретических и экспериментальных исследований в направлении использования для практических применений принципа формирования вихревых и смерчеобразных потоков желательно серьезно увеличить. Целесообразно объединить разрозненные усилия отдельных ученых и изобретателей путем создания комплексного центра исследований и внедрения описанных эффектов. Вихри и смерчи ждут серьезных инвестиций.
Отправить на Email
Также читайте в номере № 11 (39) ноябрь 2003 года:
-
Условия конкурса «Новые промышленные технологии: разработки и исследования» 1. Объем материала не должен превышать 10 000 знаков (одна полоса газеты). Редакция оставляет за собой право сокращать объем публикации, предварительно связавшись с автором. 2. Материал не должен содержать в себе рекламной информации (реквизиты предприятий и организаций). 3. Материал должен строго соответствовать тематике конкурса. Статьи, имеющие целью не рассказ о новых технологиях, изобретениях, открытиях, а продвижение на рынке ...
-
Самая экономичная система отопления Астраханскими исследователями была разработана система отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых зданиях любой этажности с использованием автономного источника тепла, которая позволяет расширить функциональные возможности системы, повысить безопасность ее обслуживания в автоматическом режиме и снизить затраты на ее сооружение за счет уменьшения металлоемкости ее конструкций. ...
-
Наука и научные приборы В Москве, в Экспоцентре на Красной Пресне, с 20 по 24 октября прошла международная выставка новейших технологий и приборов для научных исследований «Наука. Научные приборы-2003». Выставка проводилась в седьмой раз. Цель ее – привлечь внимание российских государственных и коммерческих структур к вопросам финансирования программ развития фундаментальной и прикладной науки, к сохранению интеллектуально-творческого потенциала отечественно...
-
«Газпром» экономит на электричестве «Газпрому», видимо, надоело выслушивать упреки в нежелании сокращать издержки, и он решил сэкономить на электроэнергии. Две его «дочки» - «Оренбурггазпром» и «Астраханьгазпром» с 1 октября покупают электроэнергию у структур группы ЕСН, а не у РАО «ЕЭС России». Если «Газпрому» удастся перевести на подобный режим и другие свои предприятия, монополия сможет сэкономить до $100 млн. в год. По данным «Газпрома», монополист потребляет 12 м...
-
Англия: Английская Midlands находит покупателя в лице немецкой E.ON на свои активы Немецкая энергокомпания-гигант E.ON AG заявила о том, что ее филиал в Великобритании Powergen согласился приобрести своего конкурента на острове компанию Midlands Electricity за 1,64 млрд. евро, что удвоит влияние Powergen в регионе. Помимо выплат собственникам (51 млн. евро) и держателям евробондов (95,8% от номинальной стоимости облигаций, что составит 894 млн. евро) и пр., Powergen возьмет на себя также долговые обязательства конку...