Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 6

Для людей, которые живут в зоне возникновения смерчей и подвергаются их разрушительному действию, повидимому, самым главным практическим результатом было бы предотвращение или уничтожение торнадо Поскольку материальным и энергетическим источникам торнадо является смерчевое облако, то его уничтожение предотвратило бы и возникновение смерча.

Обработка смерчевого облака подходящим реагентом, вызывающим конденсацию влаги и выпадение дождя, обеспечит достижение цели. Потребность в обработке больших объемов облаков, потенциальных родоначальников смерча, может оказаться существенным недостатком предлагаемого способа, Поэтому следует рассмотреть возможность воздействия на смерч после его формирования. Из рассмотренного описания видно, что воронка смерча, через которую осуществляется передача энергии смерчевого облака, является самой нагруженной частью смерча. Разрушение воронки смерча приведет к ликвидации крутящего момента и к остановке и исчезновению вихря. Такое разрушение можно обеспечить путем нарушения равновесия между центра- бежными силами и градиентам да аления.

Для этого достаточно в центре воронки выпустить какое-то количества массы, тепла и радиального. импульса путем сжигания топлива или взрыва. Для доставки топлива и взрывчатого вещества в устье воронки можно воспользоваться транспортирующая способностью смерча. Он сам всосет и поднимет нужное вещество, нам достаточна только осуществить дистанционное воспламенение или взрыв. ~ризическая реализация механизма торнадо в малых масштабах позволила бы, па-видимаму, сконструировать новый тип пылесоса, погрузочное н разгрузочное у страйства для сыпучих материалов, хлопкоуборочную машину большой производительности и таму подобные машины.

Даже одного рассмотренного смерча-торнадо достаточно, чтобы у едит бедиться. в бесконечном разнообразии физических эффектов в природе. Р ~';; Вс'>'ксс ','. '~."~.+.. я*.~'; г' ~им.+ нм '. кж'л'::. ~~ и ', ~ ~'~ я!;,.",.и:',, ~ '>$ к Э3$э ~: ', ~*.:4 'Л:-;М1'.Нм „"ЛФ Н ';; Ь 'Н Я Иу:.)," Н !:'~', ~ 4! 1и1 3:,; ', Р, 7-Ф,"Фй':."Йъ!" ! ~л'я~тч~'чная'е' т' р~'дна ~~чскм ь ~ '.у'~е г~~,. м,.~ ~~э:,.' ъ,е"..'ч~ ':к'. ~~ц~~~~~ ~ ~ ~;~ ~, ~~' ',,~'~~, ~;. л~», «~ ~- ~ ", !~ ~ с),', .'~~ Д~. ~, у'~~Ф И ~ ~ Я,*~ ","~.~, ~~„ц~~ 1:, ы 1л Д И Ът 6, Ф.: ' . 'г Р, .Ъ ! $ .".'.! К Х~ (4~ ~г, Д 1 т;~; ~.,~~ у'„;.~~~р щр т «~у у,,» %ах .к$1 й' а .!(Ъы;1..1Р 1*4с як*,1.1~1-.

ч: ~ и,~нср: ди. мг;.'! нч~ ь;. л,,'иг~ ~и~ к !М' . Й.м.~ко, ки.ы <.-«~~рыл:;~-,~ими.. ~-.!я,~ д;ы'., ~::;;;~, П11,1ДР. ~-ЛГ;О,". Ь -:"~,~:1 1:.";-; 9„. ~~'д~ Т 1(.'~3 М Ф Д'~ Я~.,', ~, ~ДД.,~~~1;, Я:;;Ъ~,~~, 1,; ~~ -,;~ Я ~;, м~ "-': ~„' ~~~<+ р г~~;,;мЛ:. д; ° .:.;: ~~.,~~.;~~„. р ~', .~ ~~~; т~ ~ч~~ ~ ~рц Й М~'~йНЛ'Ы:.'". ~М ЕМ4,'Т'~ ~Ж~";МИ колесо с аго лопатками является направляющим аппаратом и обеспечивает согласование. окружной скорости жидкости, наступающей с турбинного на насосное колесо. При Этом оно испытывает реактивную силу, откуда и происходит его название.

Передача энергии от насосного колеса к турбинному осуществляется в различных условиях поразному. Если колеса автомобиля, а следовательно, и вал турбинного колеса крутятся медленно, та жидкость в турбинном колеса почти полностью теряет свою скорость вращения Это вызывает большое усилие на турбинном колесе и на ведущих колесах автамобил я. Такай режим характерен для момента трагания с места, преодоления крутых подьемав и т. д. На ровных участках дороги и после разгона турбинное .колеса вращается быстрее и, следовательно, испытывает меньшую реакцию от перетекающей через него жидкости.

Этой реакции как раз хватает для преодоления уменьшившихся усилий на колесах автомобиля. 'Гаким образом, гидротрансфарматор служит автоматическим редуктором, который меняет передаточное числа между двигателем и колесами так, чтобы, с одной стороны, двигатель работал в оптимальном режиме, а с другой стороны, усилия иа колесах были достаточны для преодоления переменнога сопротивления. И все эта. без всякого участия водителя, Кроме того, гидротрансфарматар обеспечивает и некоторые дополнительныее преимущества. В автомобильной трансмиссии исчезают ударные нагрузки, характерные. для механической коробки передач, Зта обстоятельства в полтора- 82 два раза увеличивает срок службы двигателей, карданных валов, редукторов, ведущих мостов н полуосей.

Однако гидратрансфарыатар, кроме преимуществ, обладает и определенными недостатками. Это прежде всего его большие размеры, особенно если учесть всю систему охлаждения н перекачки масла, обязательную для гидратрансформатора, Кроме того, применение гидратрансфарматора приводит к большим потерям мощности, чем использование механической коробки передач. Тем не менее в некоторых случаях, например для городских автобусов, преимущества, создаваемые гидротрансфарматарами, намного превосходят их недостатки. В настоящее время на улицах наших городов все чаща можно видеть автобусы, которые не имеют коробки передач, а снабжены гидратрансформатарами.

ГиДРАВлический УДАР Не задавались ли вы вопросом, почему все водопроводные краны имеют такую, конструкцию, чта их нельзя быстро закрыть? Особенно краны на больших трубопроводах, например, пожарные, приходится кр тить очень дйлГО. На лучше сделать так, как в самоваре? Четверть оборота — и сквозное отверстие в хороша притертой бронзовой пробке совмещена с трубопроводом. Еще четверть оборота — и кран закрыт Оказывается, все дела в гидравлическом ударе. Представьте себе, что по какому-либо промышленному водопроводу диаметрам 0,$ м и длиной А = 3000 и течет вада со скоростью 1 = 10 м/с.

И в конце водопровода стоит кран, который можно закрыть в течение одной секунды. Подсчитаем количество движения, которым обладает текущая по трубе вода: г~, где пг — площадь сечения вода- 2 провода, равная в нашем случае 0,0078 и'. Объем воды в водопроводе будет равняться 7,8 м'. Ее масса М вЂ” 8000 к г. Тогда коли,чества движения К = 80 ООО кг и/с. Если считать, что с гальные стенки водопровода не могуг растягиваться, а вода не может сжиматься, то, закрыв кран за 1 с, мы вызываем внезапную остановку всей массы движущейся воды, что приведет к удару силой 80 кН.

Конечна, при таком давлении и сталь будет податлива, и вода слегка сожмется. Зта обстоятельства немного растянет процесс '. Остановки Воды., и следовательно, уменьшит максимальную силу. На даже если сила уменьшится в дватри раза, все равно беды не избежать. Разрыв трубопровода из-за гидравлического удара был частой причиной аварий в системе водоснабжения до тех пор, пока не перешли к вентилям и кранам, исключающим вазыаж ность быстрой остановки воды в трубопроводе. Действие гидравлического удара можно проиллюстрировать историей, которая произошла на одной из днепровских гидроэлектростанций Как устроен агрегат такой станции, мы уже рассказывали. В агрегате имеется трубопровод. Правда, он не очень длинный, зета в поперечном сечении достигает нескольких метров, да и скорость 64 воды немалая, Лопатки направляю щего аппарата, которые служат для закручивания потока, одновременно позволяют регулировать расход воды вплоть до ега полного прекращения.

Необходимость в такай регулировке связана с тем, что в течение суток несколько раз меняется количество потребляемой электроэнергии. Погрузился город в ночной сан, все лампочки выключены„ остановились трамваи, троллейбусы — и сразу уменьшалось количество потребляемой энергии. Бсли не уменьшить расход воды, та турбина начнет крутиться все быстрее и быстрее.

Зто недопустимо по двум причинам. На-первых, генератор, связанный с турбиной, будет вырабатывать так частотой не 50 Гц, а больше, а ва-вторых, турбина и ге нератор могут не выдержать возникающих центробежных сил. В тат день, о котором идет речь, какай-то завод, патреблявший большое количества электроэнергии, отключился ат сети. Генераторы и турбины, вращавшиеся теперь вхолостую, начали увеличивать скорость вращения. Зта обнаружили автоматы и быстро закрыли. доступ воды в турбину, Находившаяся там вода, обладавшая большои скоростью.

ничем не удерживаемая, продолжала двигаться. Естественно, что при этом она оторвалась ат направля ющего аппарата н там образовался вакуум, Вада опустилась настолько, сколько хватило энергии противодействовать вакууму. Затем она двинулась вспять и со всей мощью ударила па турбике, по лопаткам направляющего аппарата.

Действие такого мощного удара можно сравнить только с действием взрыва. Один агрегат был полностью разрушен. откуда 2ч = О,112'2. ,(?(«) . Х)(О) 2«2 .О(О) 2«2 Ю = б'О(«2 — «~), Л«1 = 0,1 —; Д. давлений ат давления не зависит. В более узком диапазона пологая характеристика присуща некоторым 'центробежным компрессорам, которые обладают высокой производительностью и обеспечивают необходимое давление, Собственно генерагорам вихрей выступает затвор, который обеспечивает импульсную подачу воздуха па определенному закону. В известных экспериментах по образованию вихревого кольца реализовали следующий процесс Из круглого отверстия импульсом выбрасывали цилиндрический объем воздуха илн воды, Цилиндрическая поверхность, по которой происходил разрыв скорости, теряла устойчивость н, разрушаясь, образовывала кольцевой вихрь.

Важным результатом экспериментовов является установление факта, чта базразмерныа параметры вихря не зависят от способа ега формирования. Однако мы вправе считать, что энергетическая эффективность генератора будет тем выше, чем лучше мы согласуем начальное распределение скоростей с тем распределением, которое соответствует установившемуся режиму. Итак„компрессор и быстродействующий затвор должны заманить взрывчатоа вещества. Для этого затвор должен быстра открываться, выпускать порцию воздуха в виде ваздушнага цилиндра длиной, равной диаметру.

Если скорость струи (« равна скорости вихря и ае диаметр В, го время выброса равно Время открытия затвора должно иметь порядок так как нз опыта известно, чта х)ОУУΠ— — 0,04 с, то Л«~ — — 0,004 с и Л« = О,О4 с. Таким образом, мы определили требуемое быстродействие затвора и длину выдержки. Мы можем значительно увеличить длительность выдержки и размер вихря„если вслед за выброшенной порцией воздуха будам подавать струю меньшего диаметра и большей скорости, так чтобы она догоняла весь объем на некотором расстоянии ат затвора.

Йусть компрессор обеспечивает постоянный объемный расход Д м2,«с. Переменный диаметр затвора обозначим В(«). Тогда скорость струи будет равняться Н ~ пдц~' ,~'(о ~ ~Иди Само собой разумеется, что этой формулой маж но пользоваться для скоростей, значительно меньших скорости звука. ДЛя приближенного расчета будем считать, что частицы воздуха, покинувшие затвор, не взаимодействуют с частицами воздуха, которые выходят йз затвора в. последующие моменты Определим расстояние, на катаром весь объем воздуха, выпущенный в течение некоторого интЕрвала врЕмени «2 — «н СОберется в одной точке.