Ilmakehän pyörre pilvien hajottamiseksi. Yu.S. Potapov Pyörimisenergia. Johtopäätökset luvusta
Hyvin usein huono sää häiritsee suunnitelmiamme ja pakottaa meidät viettämään viikonlopun asunnossa istuen. Mutta mitä tehdä, jos suunnitellaan suurta lomaa, johon osallistuu valtava määrä metropolin asukkaita? Täällä apuun tulee pilvien leviäminen, jonka viranomaiset toteuttavat suotuisan sään luomiseksi. Mikä tämä menettely on ja miten se vaikuttaa ympäristöön?
Ensimmäiset yritykset hajottaa pilviä
Pilvet hajotettiin ensimmäisen kerran jo 1970-luvulla Neuvostoliitossa erityisten Tu-16-syklonien avulla. Vuonna 1990 Goskomgidrometin asiantuntijat kehittivät kokonaisen menetelmän, jonka avulla voit luoda edullisia
Vuonna 1995, voiton 50-vuotisjuhlan yhteydessä, tekniikkaa testattiin Punaisella torilla. Tulokset täyttivät kaikki odotukset. Siitä lähtien pilvien leviämistä on käytetty merkittävien tapahtumien aikana. Vuonna 1998 he onnistuivat luomaan hyvän sään World Youth Gamesissa. Moskovan 850-vuotisjuhlan juhliminen ei sujunut ilman uuden metodologian osallistumista.
Tällä hetkellä venäläistä pilviyllikellotuspalvelua pidetään yhtenä maailman parhaista. Hän jatkaa työskentelyä ja kehittymistä.
Pilvien leviämisen periaate
Meteorologeille pilvien leviämisprosessia kutsutaan "kylvöksi". Se sisältää erityisen reagenssin ruiskutuksen, jonka ytimiin ilmakehän kosteus keskittyy. Sen jälkeen sade saavuttaa ja putoaa maahan. Tämä tehdään kaupungin aluetta edeltävillä alueilla. Näin ollen sade ohittaa aikaisemmin.
Tämä pilvien hajautustekniikka mahdollistaa hyvän sään tarjoamisen 50-150 km säteellä juhlan keskustasta, millä on positiivinen vaikutus juhlaan ja ihmisten mielialaan.
Mitä reagensseja käytetään pilvien hajottamiseen
Hyvä sää saadaan aikaan hopeajodidin, nestemäisen typen höyrykiteiden ja muiden aineiden avulla. Komponentin valinta riippuu pilvien tyypistä.
Kuivajää suihkutetaan alla olevan pilvikerroksen kerroksittain. Tämä reagenssi on hiilidioksidirakeita. Niiden pituus on vain 2 cm ja halkaisija noin 1,5 cm. Kuivajäätä ruiskutetaan lentokoneesta korkealta. Kun hiilidioksidi osuu pilveen, sen sisältämä kosteus kiteytyy. Sen jälkeen pilvi hajoaa.
Nestemäistä typpeä käytetään torjumaan nimbostratus-pilviä. Reagenssi leviää myös pilvien yli ja saa ne jäähtymään. Hopeajodidia käytetään voimakkaita sadepilviä vastaan.
Pilvien hajottaminen sementillä, kipsillä tai talkilla välttää korkealla maanpinnan yläpuolella olevien kumpupilvien ilmaantumisen. Näiden aineiden jauhetta dispergoimalla voidaan saavuttaa ilman painotus, joka estää pilvien muodostumisen.
Pilvien leviämistekniikka
Toimenpiteet hyvän sään aikaansaamiseksi suoritetaan erikoisvälineillä. Maassamme pilvien leviäminen suoritetaan kuljetuskoneilla Il-18, An-12 ja An-26, joilla on tarvittavat laitteet.
Tavaratiloissa on järjestelmät, jotka mahdollistavat nestemäisen typen ruiskutuksen. Jotkut lentokoneet on varustettu laitteilla hopeayhdisteiden patruunoiden ampumiseen. Tällaiset aseet on asennettu häntäosaan.
Laitteita käyttävät erityiskoulutuksen saaneet lentäjät. Ne lentävät 7-8 tuhannen metrin korkeudessa, jossa ilman lämpötila ei nouse yli -40 °C. Typpimyrkytyksen välttämiseksi lentäjät ovat suojapuvuissa ja happinaamareissa koko lennon ajan.
Miten pilvet hajoavat
Ennen pilvimassojen levittämistä asiantuntijat tutkivat ilmakehän. Muutama päivä ennen juhlallista tapahtumaa ilmatiedustelu selventää tilannetta, minkä jälkeen itse operaatio alkaa luoda hyvää säätä.
Usein reagensseilla varustetut lentokoneet lähtevät Moskovan alueelta. Riittävälle korkeudelle noussut ne suihkuttavat lääkkeen hiukkasia pilviin, jotka keskittyvät kosteuden lähelle. Tämä johtaa siihen, että runsaat sateet putoavat välittömästi ruiskutusalueen päälle. Kun pilvet ovat pääkaupungin päällä, kosteus on loppumassa.
Pilvien leviäminen, hyvän sään syntyminen tuo konkreettisia etuja pääkaupunkiseudun asukkaille. Toistaiseksi tätä tekniikkaa käytetään käytännössä vain Venäjällä. Se osallistuu Roshydrometin toimintaan ja koordinoi kaikkia toimia viranomaisten kanssa.
Pilvikiihdytyksen tehokkuus
Yllä sanottiin, että he alkoivat hajottaa pilviä jopa neuvostovallan aikana. Sitten tätä tekniikkaa käytettiin laajasti maatalouden tarpeissa. Mutta kävi ilmi, että se voi palvella myös yhteiskuntaa. Täytyy vain muistaa Moskovassa vuonna 1980 pidetyt olympialaiset. Huonolta säältä vältyttiin asiantuntijoiden väliintulon ansiosta.
Muutama vuosi sitten moskovilaiset pääsivät jälleen näkemään pilvien leviämisen tehokkuuden kaupunginpäivän juhlissa. Meteorologit onnistuivat saamaan pääoman irti syklonin voimakkaasta vaikutuksesta ja vähentämään sateen voimakkuutta kolme kertaa. Hydromet-asiantuntijat sanoivat, että voimakkaiden pilvien kanssa on lähes mahdotonta selviytyä. Kuitenkin sääennustajat yhdessä lentäjien kanssa onnistuivat siinä.
Pilvien leviäminen Moskovan ylle ei enää yllätä ketään. Usein hyvä sää Voitonpäivän paraatin aikana syntyy meteorologien toiminnan ansiosta. Tämä tilanne miellyttää pääkaupunkilaisia, mutta on ihmisiä, jotka ihmettelevät, mitä tällainen ilmapiiriin puuttuminen voisi uhata. Mitä Hydrometin asiantuntijat sanovat tästä?
Pilvien leviämisen seuraukset
Meteorologit uskovat, että puheilla pilvien leviämisen vaaroista ei ole perustetta. Ympäristöseurannan asiantuntijat väittävät, että pilvien päälle ruiskutetut kemikaalit ovat ympäristöystävällisiä eivätkä voi vahingoittaa ilmakehää.
Tutkimuslaitoksen laboratorion johtaja Migmar Pinigin väittää, että nestemäinen typpi ei aiheuta vaaraa sekä ihmisten terveydelle että ympäristölle. Sama koskee rakeista hiilidioksidia. Sekä typpeä että hiilidioksidia löytyy ilmakehästä suuria määriä.
Sementtijauheen ruiskuttaminen ei myöskään uhkaa mitään seurauksia. Pilvien leviämisessä käytetään aineen minimiosuutta, joka ei pysty saastuttamaan maan pintaa.
Meteorologit väittävät, että reagenssi on ilmakehässä alle vuorokauden. Kun se tulee pilvimassaan, sade pesee sen kokonaan pois.
Pilvien leviämisen vastustajat
Huolimatta meteorologien vakuutuksista, että reagenssit ovat täysin turvallisia, tälle tekniikalle on vastustajia. Ecodefensen ympäristönsuojelijat sanovat, että hyvän sään pakotettu luominen johtaa rankkasateisiin, jotka alkavat pilvien leviämisen jälkeen.
Ekologit uskovat, että viranomaisten tulisi lakata puuttumasta luonnonlakeihin, muuten se voi johtaa arvaamattomiin seurauksiin. Heidän mukaansa on liian aikaista tehdä johtopäätöksiä pilvien hajottamiseen liittyvistä toimista, mutta ne eivät varmasti tuo mitään hyvää.
Meteorologit vakuuttavat, että pilvien leviämisen negatiiviset seuraukset ovat vain oletuksia. Tällaisten väitteiden esittämiseksi on suoritettava huolellisia mittauksia ilmakehän aerosolipitoisuudesta ja aerosolin tyypistä. Ennen kuin tämä on tehty, ympäristönsuojelijoiden väitteitä voidaan pitää perusteettomina.
Epäilemättä pilvien leviämisellä on positiivinen vaikutus suuriin ulkoilmatapahtumiin. Tästä ovat kuitenkin vain pääkaupunkilaiset iloisia. Lähialueiden väestö joutuu ottamaan vastuun elementeistä. Keskustelu hyvän säätekniikan hyödyistä ja haitoista jatkuu tähän päivään asti, mutta toistaiseksi tutkijat eivät ole päässeet järkevään johtopäätökseen.
Aktiivinen vaikutus säähän - ihmisen puuttuminen ilmakehän prosesseihin muuttamalla lyhyen aikaa tiettyjä fysikaalisia tai kemiallisia ominaisuuksia jossain ilmakehän osassa teknisin keinoin. Tämä sisältää sateen tai lumen sateen pilvistä, rakeiden eston, pilvien ja sumujen leviämisen, hallien heikkenemisen tai poistamisen maaperässä olevasta ilmakerroksesta jne.
Ihminen on pyrkinyt muuttamaan säätä muinaisista ajoista lähtien, mutta vasta 1900-luvulla kehitettiin erityisiä ilmakehään vaikuttavia teknologioita, jotka johtavat sään muutokseen.
Pilvien kylvö on yleisin tapa muuttaa säätä; sitä käytetään joko luomaan sadetta kuiviin paikkoihin tai vähentämään rakeiden mahdollisuutta - aiheuttaa sateen ennen kuin pilvien kosteus muuttuu rakeiksi tai vähentämään sademäärää.
Materiaali on laadittu RIA Novostin ja avoimien lähteiden tietojen pohjalta
Tornado (tai tornado) on ilmakehän pyörre, joka esiintyy cumulonimbus (ukkosmyrsky) pilvessä ja leviää alas, usein maan pinnalle, pilviholkin tai -rungon muodossa, jonka halkaisija on kymmeniä ja satoja metrejä. . Joskus merellä muodostunutta pyörretuulta kutsutaan tornadoksi ja maalla tornadoksi. Ilmakehän pyörteitä, jotka ovat samanlaisia kuin tornadot, mutta jotka muodostuvat Euroopassa, kutsutaan veritulpiksi. Mutta useammin kaikkia näitä kolmea käsitettä pidetään synonyymeinä. Tornadojen muoto voi olla monipuolinen - pylväs, kartio, lasi, piippu, piiskamainen köysi, tiimalasi, "paholaisen" sarvet jne., mutta useimmiten tornadot ovat muodoltaan pyörivä runko, putki tai suppilo, joka roikkuu yläpilvestä. Yleensä tornadosuppilon poikittaishalkaisija alaosassa on 300-400 m, vaikka jos tornado koskettaa veden pintaa, tämä arvo voi olla vain 20-30 m, ja kun suppilo kulkee maan yli, se voi olla 1,5 -3 km. Suppilon sisällä ilma laskeutuu, ja ulkopuolella se nousee, pyörien nopeasti ja muodostaa alueen, jossa on erittäin harvinaista ilmaa. Harvinaisuus on niin merkittävä, että suljetut kaasulla täytetyt esineet, mukaan lukien rakennukset, voivat räjähtää sisältä paine-eron takia. Ilman liikkeen nopeuden määrittäminen suppilossa on edelleen vakava ongelma. Pohjimmiltaan tämän suuren arviot tunnetaan epäsuorien havaintojen perusteella. Pyörteen intensiteetistä riippuen virtausnopeus siinä voi vaihdella. Sen uskotaan ylittävän 18 m / s ja joidenkin epäsuorien arvioiden mukaan se voi saavuttaa 1300 km / h. Tornado itse liikkuu sen luovan pilven mukana. Tyypillisen tornadon, jonka säde on 1 km ja keskinopeus 70 m/s, energia on yhtä suuri kuin 20 kilotonnia TNT:tä sisältävän tavallisen atomipommin energia, joka on samanlainen kuin ensimmäinen atomipommi, jonka Yhdysvallat räjähti vuoden aikana. Trinity-testi New Mexicossa 16. heinäkuuta 1945. Pohjoisella pallonpuoliskolla ilma pyörii tornadoissa pääsääntöisesti vastapäivään. Tornadojen muodostumisen syitä ei ole toistaiseksi täysin tutkittu. On mahdollista ilmoittaa vain joitakin yleisiä tietoja, jotka ovat tyypillisimpiä tyypillisille tornadoille. Tornadot muodostuvat usein troposfäärin rintamilla - rajapinnat ilmakehän alemmassa 10 kilometrin kerroksessa, jotka erottavat ilmamassat eri tuulennopeuksilla, lämpötiloilla ja ilmankosteudella. Tornadot käyvät läpi kolme päävaihetta kehityksessään. Alkuvaiheessa ensimmäinen suppilo ilmestyy ukkospilvestä, joka roikkuu maan yläpuolella. Kylmät ilmakerrokset suoraan pilven alla ryntäävät alas korvaamaan lämpimät, jotka puolestaan nousevat ylös. (tällainen epävakaa järjestelmä muodostuu yleensä, kun kaksi ilmakehän rintamaa yhdistyy - lämmin ja kylmä). Tämän järjestelmän potentiaalienergia muunnetaan ilman pyörimisliikkeen kineettiseksi energiaksi. Tämän liikkeen nopeus kasvaa ja se saa klassisen muotonsa. Pyörimisnopeus kasvaa ajan myötä, kun taas tornadon keskellä ilma alkaa intensiivisesti nousta ylöspäin. Näin etenee tornadon olemassaolon toinen vaihe - muodostuneen maksimitehoisen pyörteen vaihe. Tornado on täysin muodostunut ja liikkuu eri suuntiin. Viimeinen vaihe on pyörteen tuhoaminen. Tornadon voima heikkenee, suppilo kapenee ja irtautuu maan pinnasta noustaen vähitellen takaisin emopilveen. Mitä tornadon sisällä tapahtuu? Vuonna 1930 kansaslainen maanviljelijä, joka oli menossa alas kellariin, näki yhtäkkiä tornadon liikkuvan hänen suuntaansa. Ei ollut minnekään mennä, ja mies hyppäsi kellariin. Ja tässä hän oli uskomattoman onnekas - tornadon jalka katkesi yhtäkkiä maasta ja pyyhkäisi onnekkaan pään yli. Myöhemmin, kun maanviljelijä tuli järkiinsä, hän kuvaili näkemäänsä seuraavasti: "Suppilon iso pörröinen pää roikkui aivan pääni päällä. Kaikki ympärillä oli paikallaan. Suppilosta kuului sihisevä ääni. Katsoin ylös ja näin tornadon sydämen. Sen keskellä oli onkalo, jonka halkaisija oli 30-70 metriä ja joka nousi noin kilometrin verran. Ontelon seinät muodostuivat pyörivistä pilvistä, ja itse onkalo valaisi jatkuvalla salaman loistolla, siksak-hyppäämällä seinästä toiseen ... ". Tässä toinen vastaava tapaus. Vuonna 1951 Texasissa ihmistä lähestynyt tornado irtosi maasta ja pyyhkäisi kuusi metriä hänen päänsä yläpuolelle. Todistajan mukaan sisäontelon leveys oli noin 130 metriä, seinien paksuus noin 3 metriä. Ja onkalon sisällä läpinäkyvä pilvi loisti sinisellä valolla. On olemassa monia todistajanlausuntoja, jotka väittivät, että joissakin hetkissä tornadopylvään koko pinta alkoi hehkua oudolla keltaisten sävyjen hehkulla. Tornadot synnyttävät myös voimakkaita sähkömagneettisia kenttiä ja niihin liittyy salama. Pallasalamaa tornadoissa havaittiin toistuvasti. Tornadoissa ei havaita vain valopalloja, vaan myös valoisia pilviä, pisteitä, pyöriviä raitoja ja joskus renkaita. On selvää, että tornadon sisällä olevat hehkut liittyvät erimuotoisiin ja -kokoisiin turbulenttisiin pyörteisiin. Joskus koko tornado hehkuu keltaisena. Tornadoissa kehittyy usein valtavan voimakkaita virtoja. Ne purkautuvat lukemattomista salamoista (tavallisista ja pallomaisista) tai ne johtavat valaisevan plasman ilmestymiseen, joka peittää tornadon koko pinnan ja sytyttää siihen pudonneet esineet. Tunnettu tutkija Camille Flammarion, tutkittuaan 119 tornadoa, tuli siihen tulokseen, että 70 tapauksessa sähkön läsnäolo niissä oli kiistaton, ja 49 tapauksessa "niissä ei ollut jälkeäkään sähköstä tai ainakaan ei. ilmetä." Toisinaan tornadoa ympäröivän plasman ominaisuudet tunnetaan paljon vähemmän. On kiistatonta, että jotkut tuhovyöhykkeen lähellä olevat esineet ovat palaneet, hiiltyneet tai kuivuneet. K. Flammarion kirjoitti, että tornado, joka tuhosi Shatneyn (Ranska) vuonna 1839 "... poltti sen polun varrella olleet puut, ja ne, jotka seisoivat tällä polulla, revittiin juurista. Pyörre vaikutti vain poltettuihin puihin toisella puolella, jolla kaikki lehdet ja oksat eivät vain muuttuneet keltaisiksi, vaan myös kuivuivat, kun taas toinen puoli pysyi koskemattomana ja muuttui vihreäksi kuten ennen. Moskovassa vuonna 1904 tuhoa aiheuttaneen tornadon jälkeen monet kaatuneet puut paloivat pahasti. Osoittautuu, että ilman pyörteet eivät ole vain ilman pyörimistä tietyn akselin ympäri. Tämä on monimutkainen energiaprosessi. Tapahtuu, että ihmiset, joita tornado ei kosketa ilman näkyvää syytä, putoavat kuolleiksi. Ilmeisesti näissä tapauksissa ihmiset tappavat korkeataajuisia virtoja. Tämän vahvistaa se tosiasia, että pistorasioita, vastaanottimia ja muita laitteita pettää säilyneissä taloissa, kello alkaa mennä pieleen. Suurin määrä tornadoja on rekisteröity Pohjois-Amerikan mantereella, erityisesti Yhdysvaltojen keskiosissa (on jopa termi - Tornado Alley. Tämä on Keski-Amerikan osavaltioiden historiallinen nimi, joissa on eniten tornadoja havaittu), vähemmän - Yhdysvaltojen itäosissa. Etelässä, Florida Keysissä, merestä ilmaantuu tornadoja lähes joka päivä toukokuusta lokakuun puoliväliin, josta alue on saanut lempinimen "vesisumun maa". Vuonna 1969 täällä kirjattiin 395 tällaista pyörrettä. Toinen maapallon alue, jossa olosuhteet tornadojen muodostumiselle syntyvät, on Eurooppa (Iberian niemimaata lukuun ottamatta) ja koko Venäjän Euroopan alue. Tornadojen luokitus Piiskamaiset Tämä on yleisin tornadotyyppi. Suppilo näyttää sileältä, ohuelta ja voi olla melko mutkikas. Suppilon pituus ylittää huomattavasti sen säteen. Heikot pyörteet ja veteen laskeutuvat pyörteet ovat pääsääntöisesti piiskamaisia pyörteitä. Sumea Näkyy takkuisina, pyörivinä pilvinä, jotka saavuttavat maan. Joskus tällaisen tornadon halkaisija ylittää jopa sen korkeuden. Kaikki halkaisijaltaan suuret (yli 0,5 km) kraatterit ovat epäselviä. Yleensä nämä ovat erittäin voimakkaita pyörteitä, usein yhdistelmätuulia. Ne aiheuttavat valtavia vahinkoja suuren kokonsa ja erittäin korkeiden tuulennopeuksiensa vuoksi. Komposiitti Voi koostua kahdesta tai useammasta erillisestä verihyytymisestä päätornadon ympärillä. Tällaisilla tornadoilla voi olla melkein mikä tahansa teho, mutta useimmiten ne ovat erittäin voimakkaita tornadoja. Ne aiheuttavat merkittäviä vahinkoja laajoilla alueilla. Tuliset Nämä ovat tavallisia tornadoja, jotka syntyvät voimakkaan tulipalon tai tulivuorenpurkauksen seurauksena syntyneen pilven seurauksena. Yhdysvaltojen tornadojen voimakkuuden kuvaamiseksi on kehitetty Fujita-Pearson-asteikko, joka koostuu 7 kategoriasta ja nolla (heikoin) tuulenvoimakkuus on sama kuin hurrikaanituuli Beaufortin asteikolla. Beaufortin asteikko on Maailman ilmatieteen järjestön hyväksymä kahdentoista pisteen asteikko tuulen nopeuden likimääräiseen arvioon sen vaikutuksen perusteella maanpinnan esineisiin tai aaltojen avomerellä. Laskettu arvosta 0 - tyyni - 12 - hurrikaani. Tornadot pyyhkäisevät kaupunkeja kauhealla voimalla pyyhkäisemällä ne pois maan pinnalta satojen asukkaiden kanssa. Joskus tämän luonnollisen elementin voimakas tuhoava voima lisääntyy, koska useat tornadot yhdistyvät ja iskevät samanaikaisesti. Tornadon jälkeinen alue on kuin taistelukenttä kauhean pommituksen jälkeen. Esimerkiksi 30. toukokuuta 1879 kaksi tornadoa, jotka seurasivat toisiaan 20 minuutin välein, tuhosivat 300 asukkaan Irvingin provinssikaupungin Pohjois-Kansasissa. Irvingin tornado liittyy yhteen vakuuttavimmista todisteista tornadojen valtavasta voimasta: 75 metriä pitkä terässilta Big Blue Riverin yli nostettiin ilmaan ja kierrettiin kuin köysi. Sillan jäänteet oli pelkistetty tiiviiksi, kompaktiksi nipuksi terässeiniä, ristikoita ja köysiä, revitty ja kierretty mitä upeimmalla tavalla. Sama tornado kulki Freeman-järven läpi. Hän repi neljä rautatiesillan osaa betonituista, nosti ne ilmaan, raahasi niitä noin neljäkymmentä jalkaa ja heitti järveen. Jokainen painoi sataviisitoista tonnia! Minusta se riittää
Kuudes luku
KAASUJEN JA NESTEIDEN pyörreliike
6.1. Ilmakehän pyörteiden arvoituksia
Käsittelemme kaasujen ja nesteiden pyörreliikettä kaikkialla. Maan suurimmat pyörteet ovat ilmakehän syklonit, jotka yhdessä antisyklonien kanssa - maapallon ilmakehän kohonneen paineen vyöhykkeet, joita pyörreliike ei vangitse, määräävät planeetan sään. Syklonien halkaisija on tuhansia kilometrejä. Syklonissa oleva ilma tekee monimutkaisen kolmiulotteisen spiraaliliikkeen. Pohjoisella pallonpuoliskolla syklonit, kuten kylvystä putkeen virtaava vesi, pyörivät vastapäivään (ylhäältä katsottuna), eteläisellä pallonpuoliskolla - myötäpäivään, johtuen Coriolis-voimien vaikutuksesta Maan pyörimisestä.
Syklonin keskellä ilmanpaine on paljon alhaisempi kuin sen reunalla, mikä selittyy keskipakovoimien vaikutuksella syklonin pyörimisen aikana.
Keskileveysasteilta ilmakehän rintamien kaarevuuspaikoilta peräisin oleva keskileveysaste sykloni muodostuu vähitellen yhä vakaammaksi ja voimakkaammaksi muodostelmaksi liikkuessaan pääasiassa pohjoiseen, missä se kuljettaa lämmintä ilmaa etelästä. Syntyvä sykloni vangitsee aluksi vain alemmat, pintakerrokset, jotka ovat hyvin lämmenneet. Pyörre kasvaa alhaalta ylöspäin. Syklonin edelleen kehittyessä ilmavirtaus siihen tapahtuu edelleen lähellä maan pintaa. Syklonin keskiosassa ylös nouseva lämmin ilma poistuu muodostuneesta syklonista 6-8 km:n korkeudelta. Sen sisältämä vesihöyry sellaisella korkeudella, jossa kylmä hallitsee, tiivistyy, mikä johtaa pilvien muodostumiseen ja sateisiin.
Sellainen kuva syklonin kehityksestä, jonka meteorologit ympäri maailmaa tunnustavat nykyään, mallinnetaan onnistuneesti 70-luvulla Neuvostoliitossa luoduissa meteotroniasennuksissa, jotka aiheuttivat sadetta ja joita testattiin menestyksekkäästi Armeniassa. Maahan asennetut suihkumoottorit loivat pyörivän kuuman ilmavirran, joka nousi ylöspäin. Jonkin ajan kuluttua tämän paikan päälle syntyi pilvi, joka kasvoi vähitellen pilveksi, joka kaatoi sadetta.
Trooppiset syklonit, joita kutsutaan taifuuniksi Tyynellämerellä ja hurrikaaneiksi Atlantilla, käyttäytyvät paljon eri tavalla kuin hitaat keskipitkän leveyspiirin syklonit. Niiden halkaisija on paljon pienempi (100-300 km) kuin keskileveysasteilla, mutta niille on ominaista suuret painegradientit, erittäin voimakkaat tuulet (jopa 50 ja jopa 100 m/s) ja rankat sateet.
Trooppiset syklonit ovat peräisin vain valtameren yli, useimmiten välillä 5-25° pohjoista leveyttä. Lähempänä päiväntasaajaa, jossa taipuvat Coriolis-voimat ovat pieniä, niitä ei synny, mikä todistaa Coriolis-voimien roolin syklonien synnyssä.
Ensin länteen ja sitten pohjoiseen tai koilliseen siirtyvät trooppiset syklonit muuttuvat vähitellen tavallisiksi, mutta erittäin syvin sykloneiksi. Saavuttuaan valtamerestä maahan, ne haalistuvat nopeasti sen yli. Joten valtameren kosteudella on valtava rooli heidän elämässään, joka tiivistyessään nousevassa pyörteessä vapauttaa valtavan määrän piilevää haihtumislämpöä. Jälkimmäinen lämmittää ilmaa ja lisää sen nousua, mikä johtaa voimakkaaseen ilmanpaineen laskuun taifuunin tai hurrikaanin lähestyessä.Riisi. 6.1. Jättimäinen ilmakehän taifuunipyörre (näkymä avaruudesta)
Näillä jättiläismäisillä raivoavilla pyörteillä on kaksi salaperäistä ominaisuutta. Ensinnäkin niitä esiintyy harvoin eteläisellä pallonpuoliskolla. Toinen on "myrskyn silmän" - halkaisijaltaan 15-30 km vyöhykkeen, jolle on ominaista tyyni ja selkeä taivas, läsnäolo sellaisen muodostelman keskellä.
Sen näkeminen, että taifuuni ja varsinkin keskipitkän leveyspiirin sykloni on pyörremyrsky niiden valtavien halkaisijoidensa vuoksi, on mahdollista vain kosmisesta korkeudesta. Astronautien ottamat valokuvat pyörivistä pilviketjuista ovat upeita. Mutta maanpinnan tarkkailijalle ilmeisin ilmakehän pyörteen tyyppi katselua varten on tornado. Sen pilviä kohti ulottuvan pyörimispylvään halkaisija on ohuimmassa paikassaan 300-1000 m maanpinnan yläpuolella ja vain kymmeniä metrejä merenpinnan yläpuolella. Pohjois-Amerikassa, jossa tornadot esiintyvät paljon useammin kuin Euroopassa (jopa 200 vuodessa), niitä kutsutaan tornadoiksi. Siellä ne ovat peräisin pääasiassa mereltä ja raivoavat ollessaan maan päällä.
Seuraava kuva tornadon syntymästä on annettu: "30. toukokuuta 1979 kello 4 iltapäivällä kaksi mustaa ja tiheää pilveä kohtasivat Kansasin pohjoisosassa. 15 minuuttia törmäyksen ja sulautumisen jälkeen yhdeksi pilveksi sen alapinnasta kasvoi suppilo. Nopeasti pidentyen se otti valtavan rungon muodon, saavutti maan ja kolme tuntia jättimäisen käärmeen tavoin temppui ympäri osavaltiota murskaten ja tuhoaen kaiken, mitä tuli. tiellään - taloja, maatiloja, kouluja ... "
Tämä tornado repi irti 75-metrisen teräsbetonisillan kivihänneistä, sitoi sen solmuun ja heitti jokeen. Asiantuntijat laskivat myöhemmin, että tämän saavuttamiseksi ilmavirran täytyi olla yliääninopeus.
Se, mitä ilma tekee tornadoissa sellaisilla nopeuksilla, hämmentää ihmisiä. Joten tornadossa leviävät lastut tunkeutuvat helposti lautojen ja puunrunkojen läpi. Siinä sanotaan, että tornadon vangitsema metalliruukku käännettiin nurin rikkomatta metallia. Tällaiset temput selittyvät sillä, että metallin muodonmuutos tässä tapauksessa suoritettiin ilman jäykkää tukea, joka voisi vahingoittaa metallia, koska esine oli ilmassa.
Riisi. 6.2. Valokuva tornadosta.Tornadot eivät ole mitenkään harvinainen luonnonilmiö, vaikka niitä esiintyy vain pohjoisella pallonpuoliskolla, joten havaintotietoa niistä on kertynyt paljon. Tornadon suppilon ("runko") onteloa ympäröivät "seinät" ilmasta, joka pyörii kiihkeästi spiraalina vastapäivään (kuten taifuunissa) (katso kuva 6.3.) Tässä ilman nopeus saavuttaa 200-300 neiti. Koska staattinen paine siinä laskee kaasun nopeuden kasvaessa, tornadon "seinät" imevät lähelle maan pintaa lämmenyttä ilmaa ja sen mukana vastaantulevia esineitä, kuten pölynimuri.
Kaikki nämä esineet nousevat, joskus jopa pilveen, jota vasten tornado lepää.
Tornadojen nostovoima on erittäin suuri. Joten ne kuljettavat huomattavia matkoja paitsi pieniä esineitä, myös joskus karjaa ja ihmisiä. 18. elokuuta 1959 Minskin alueella tornado nosti hevosen huomattavaan korkeuteen ja vei sen pois. Eläimen ruumis löydettiin vain puolentoista kilometrin päässä. Vuonna 1920 Kansasin osavaltiossa tornado tuhosi koulun ja nosti ilmaan opettajan, jossa oli koko luokka koululaisia työpöytäineen. Muutamaa minuuttia myöhemmin ne kaikki laskettiin maahan yhdessä koulun hylkyjen kanssa. Suurin osa lapsista ja opettaja pysyivät hengissä ja vahingoittumattomina, mutta 13 ihmistä kuoli.
On monia tapauksia, joissa tornadot nostavat ja kuljettavat ihmisiä pitkiä matkoja, minkä jälkeen he pysyvät vahingoittumattomina. Paradoksaalisin niistä on kuvattu: tornado Mytishchissä lähellä Moskovaa lensi talonpojan Seleznevan perheeseen. Heitettyään naisen, vanhimman pojan ja vauvan ojaan, hän kantoi pois keskimmäisen pojan Petyn. Hänet löydettiin vasta seuraavana päivänä Moskovan Sokolniki-puistosta. Poika oli elossa ja voi hyvin, mutta pelkäsi kuollakseen. Outointa tässä on, että Sokolniki sijaitsee Mytishchistä ei siihen suuntaan, jossa tornado liikkui, vaan vastakkaiseen suuntaan. Osoittautuu, että poikaa ei siirretty tornadon aikana, vaan vastakkaiseen suuntaan, missä kaikki oli pitkään rauhoittunut! Vai matkustiko hän ajassa taaksepäin?
Vaikuttaa siltä, että tornadossa olevia esineitä tulisi kantaa voimakkaan tuulen mukana. Mutta 23. AVP/100, 1953, tornadon aikana Rostovissa, kerrotaan, että voimakas tuulenpuuska avasi talon ikkunat ja ovet. Samanaikaisesti lipaston päällä oleva herätyskello lensi kolmesta ovesta, keittiöstä, käytävästä ja lensi talon ullakolle. Mitkä voimat ajoivat hänet? Loppujen lopuksi rakennus säilyi vahingoittumattomana ja tuulen, joka pystyi kantamaan herätyskelloa sellaisella tavalla, täytyi purkaa kokonaan rakennus, jonka tuuletus on paljon suurempi kuin herätyskello.
Ja miksi tornadot, jotka nostavat kasoja pieniä esineitä suoraan pilviin asti, laskevat ne huomattavan etäisyyden päähän lähes kasaan, eivät hajoa, vaan ikäänkuin vuotavat hihoistaan?
Erottamaton yhteys emäukkonpilven kanssa on tyypillinen ero tornadon ja muiden ilmakehän pyörteiden välillä. Joko siksi, että ukkospilvestä virtaa valtavia sähkövirtoja tornadon "runkoa" pitkin maahan tai koska tornadon pyörteessä olevat pöly- ja vesipisarat sähköistyvät voimakkaasti kitkan vaikutuksesta, mutta tornadoihin liittyy korkea sähkövirta toiminta. "Tunkon" onkalo seinästä seinään lävistetään jatkuvasti sähköpurkauksilla. Usein se jopa hehkuu.
Mutta tornadon "rungon" ontelon sisällä ilman pyörreliike on heikentynyt ja suunnattu useammin ei alhaalta ylös, vaan ylhäältä alas * (* Siinä kuitenkin todetaan, että tornadon "rungon" ontelossa ilma liikkuu alhaalta ylös ja sen seinissä - ylhäältä alas.). On tapauksia, joissa tällainen alaspäin suuntautuva virtaus tornadon sisällä tuli niin voimakkaaksi, että se painoi esineitä maaperään (ks. kuva 6.3.). Voimakkaan pyörimisen puuttuminen tornadon sisäontelossa tekee siitä tässä suhteessa samanlaisen kuin taifuuni. Kyllä, ja "myrskyn silmä" tornadossa on olemassa ennen kuin se saavuttaa maan pilvestä. Näin Y. Maslov kuvailee sitä runollisesti: "Ukkospilvessä yhtäkkiä ilmestyy" silmä ", nimittäin "silmä", jossa on kuollut, eloton pupilli. Tunne on, että hän kurkistelee saalista. Hän huomasi sen! se syöksyy maahan kuriirijunan kohinalla ja nopeudella jättäen jälkeensä pitkän, selvästi näkyvän jäljen - hännän.
Asiantuntijat ovat pitkään olleet kiinnostuneita kysymyksestä sen todella ehtymättömän energian lähteistä, joita tornadoilla ja vielä enemmän taifuunilla on käytettävissään. On selvää, että valtavien kostean ilmamassojen lämpöenergia muuttuu viime kädessä ilman liikkeen energiaksi ilmakehän pyörteessä. Mutta mikä saa sen keskittymään niin pieniin määriin kuin tornadon runkoon? Ja eikö tällainen spontaani energian keskittyminen ole ristiriidassa termodynamiikan toisen lain kanssa, jonka mukaan lämpöenergia voi haihtua vain spontaanisti?
Tästä aiheesta on monia hypoteeseja, mutta yksiselitteisiä vastauksia ei vieläkään ole.
Tutkiessaan kaasupyörteiden energiaa V. A. Atsukovsky kirjoittaa, että "ympäristö puristaa kaasupyörteen kappaletta pyörteen muodostumisprosessissa". Tämän vahvistaa se tosiasia, että tornadon "runko" on ohuempi kuin sen pohja, missä kitka maata vasten ei salli sen kehittää suurta pyörimisnopeutta. Pyörteen rungon puristuminen ympäristön paineen vaikutuksesta lisää sen pyörimisnopeutta liikemäärän säilymislain seurauksena. Ja kaasun nopeuden kasvaessa pyörteessä sen staattinen paine laskee entisestään. Tästä seuraa, Atsyukovsky päättelee, että pyörre keskittää ympäristön energian, ja tämä prosessi eroaa olennaisesti muista, ja siihen liittyy energian hajoaminen ympäristöön.
Tässä liiketeoria voisi pelastaa termodynamiikan toisen pääsäännön, jos olisi mahdollista havaita, että kaasupyörteet säteilevät energiaa merkittäviä määriä. Ottaen huomioon luvussa 4.4 sanotun, liiketeoria edellyttää, että kun ilma pyörii tornadossa tai taifuunissa, ne säteilevät vähintään yhtä energiaa kuin kuluttavat ilman pyörittämiseen. Ja tornadon, ja vielä enemmän taifuunin, läpi sen olemassaolon aikana kulkee valtavia ilmamassoja kiertyen.
Vaikuttaa siltä, että kostean ilman on helpompi heittää ulos "ylimääräistä" massaenergiaa säteilemättä. Itse asiassa kosteuden tiivistymisen jälkeen, kun ilmakehän pyörre nostaa sen suurelle korkeudelle, putoavat sadepisarat poistuvat pyörteestä ja sen massa pienenee tästä syystä. Mutta pyörteen lämpöenergia ei vain vähene tästä, vaan päinvastoin kasvaa piilevän haihtumislämmön vapautumisen vuoksi veden tiivistymisen aikana. Tämä johtaa liikenopeuden kasvuun pyörteessä sekä ilman nousunopeuden lisääntymisestä että pyörimisnopeuden lisääntymisestä, kun pyörteen runkoa puristetaan. Lisäksi vesipisaroiden massan poistaminen pyörteestä ei johda pyörivän järjestelmän sitoutumisenergian kasvuun ja jäljellä olevan pyörteen massavian lisääntymiseen. Järjestelmän sitoutumisenergia kasvaisi (ja sen myötä järjestelmän vakaus kasvaisi), jos järjestelmän pyörimisen kiihtyessä siitä poistettaisiin osa järjestelmän sisäisestä energiasta - lämpöstä. Ja lämpö poistetaan helpoimmin säteilyllä.
Ilmeisesti kenellekään ei koskaan tullut mieleen yrittää rekisteröidä tornadojen ja taifuunien säteilyä (infrapuna- ja mikroaaltouuni). Ehkä se on olemassa, mutta emme vain tiedä sitä vielä. Kuitenkin monet ihmiset ja eläimet tuntevat hurrikaanin lähestymisen myös ollessaan sisällä ja katsomatta taivaalle. Eikä mielestäni pelkästään ilmanpaineen laskun vuoksi, joka saa varikset kurjumaan kivusta luissa, joissa on tyhjiä paikkoja. Ihmiset tuntevat jotain muuta, toiset pelottavaa, toiset jännittävää. Ehkä tämä on vääntösäteilyä, jonka tornadon ja taifuunin pitäisi olla erittäin voimakasta?
Olisi mielenkiintoista pyytää astronauteja ottamaan infrapunakuvia taifuuneista avaruuden korkeudesta. Näyttää siltä, että tällaiset valokuvat voisivat kertoa meille paljon uutta.
Tällaiset valokuvat aurinkokunnan planeettojen ilmakehän suurimmasta syklonista, vaikkakaan eivät infrapunasäteinä, on kuitenkin otettu pitkään kosmisesta korkeudesta. Nämä ovat valokuvia Jupiterin suuresta punaisesta pisteestä, joka, kuten amerikkalaisesta Voyager 1 -avaruusaluksesta vuonna 1979 otettujen valokuvien tutkimukset paljastivat, on valtava, jatkuvasti olemassa oleva sykloni Jupiterin voimakkaassa ilmakehässä (kuva 6. 4). . Tämän 40x13 tuhannen kilometrin mittaisen sykloopin taifuunin "myrskyn silmä" hohtaa jopa näkyvän valon alueella pahaenteisellä punaisella värillä, josta sen nimi tulee.
Riisi. 6.4 Jupiterin suuri punainen täplä (SR) ja pisteen läheisyys ("Voyager 1", 1979).6.2. Vortex Ranke -efekti
Tutkiessaan syklisiä erottimia kaasun puhdistamiseksi pölystä ranskalainen metallurginen insinööri J. Ranke havaitsi 1920-luvun lopulla epätavallisen ilmiön: suihkun keskellä syklonista lähtevän kaasun lämpötila oli alhaisempi kuin alkuperäinen. Jo vuoden 1931 lopussa Ranke sai ensimmäisen patentin laitteelle, jota hän kutsui "pyörreputkeksi" (VT), jossa paineilmavirta on jaettu kahteen virtaan - kylmään ja kuumaan. Pian hän patentoi tämän keksinnön muissa maissa.
Vuonna 1933 Ranke teki raportin French Physical Societylle havaitsemansa ilmiöstä painekaasun erottumisesta BT:ssä. Mutta tiedeyhteisö suhtautui hänen viestiinsä epäluottamuksella, koska kukaan ei voinut selittää tämän prosessin fysiikkaa. Loppujen lopuksi tiedemiehet melko vähän ennen sitä ymmärsivät "Maxwellin demonin" fantastisen idean mahdottomuuden, joka erottaakseen lämpimän kaasun kuumaksi ja kylmäksi joutui vapauttamaan nopeita kaasumolekyylejä mikroreiän kautta astiasta, jossa oli kaasua äläkä päästä hitaita. Kaikki päättivät, että tämä on ristiriidassa termodynamiikan toisen lain ja kasvavan entropian lain kanssa.
Riisi. 6.5 Vortex-putki Ranke.Yli 20 vuoden ajan Ranken löytö jätettiin huomiotta. Ja vasta vuonna 1946 saksalainen fyysikko R. Hilsch julkaisi teoksen VT:n kokeellisista tutkimuksista, jossa hän antoi suosituksia tällaisten laitteiden suunnittelusta. Siitä lähtien niitä on joskus kutsuttu Ranke-Hilsch-putkiksi.
Mutta jo vuonna 1937 Neuvostoliiton tiedemies K. Strahovich kertoi, tietämättä Ranken kokeista, teoreettisesti osoitti sovelletun kaasudynamiikan luennoilla, että pyörivissä kaasuvirroissa pitäisi syntyä lämpötilaeroja. Kuitenkin vasta toisen maailmansodan jälkeen Neuvostoliitossa, kuten monissa muissa maissa, pyörrevaikutuksen laaja käyttö alkoi. On huomattava, että Neuvostoliiton tutkijat tähän suuntaan 70-luvun alussa ottivat maailman johtajuuden. Yleiskatsaus joistakin VT:tä koskevista Neuvostoliiton töistä on annettu esimerkiksi kirjassa, josta olemme lainanneet sekä tämän osion edellä olevan että suuren osan siitä, mitä siinä alla on sanottu.
Ranke-pyörreputkessa, jonka kaavio on esitetty kuvassa. Kuvion 6.5 mukaisesti sylinterimäinen putki 1 on liitetty toisesta päästään kierteeseen 2, joka päättyy poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoiseen suuttimen sisääntuloon, joka varmistaa puristetun työkaasun syöttämisen putkeen tangentiaalisesti sen sisäpinnan kehää pitkin. Toisessa päässä kierukka on suljettu kalvolla 3, jonka keskellä on reikä, jonka halkaisija on huomattavasti pienempi kuin putken 1 sisähalkaisija. Tämän reiän kautta putkesta 1 poistuu kylmä kaasuvirtaus, joka se erotetaan pyörreliikkeensä aikana putkessa 1 kylmään (keski) ja kuumaan (reunaosaan). Putken 1 sisäpinnan vieressä oleva virtauksen kuuma osa pyörii, siirtyy putken 1 etäiseen päähän ja jättää sen reunan ja säätökartion 4 välisen rengasmaisen raon kautta.
B selittää, että kaikilla liikkuvilla kaasu- (tai neste-) virtauksilla on, kuten tiedät, kaksi lämpötilaa: termodynaaminen (kutsutaan myös staattiseksi) T, joka määräytyy kaasumolekyylien lämpöliikkeen energian mukaan (tämä lämpötila mitataan lämpömittarilla, joka liikkuu kaasuvirtaus samalla nopeudella V, joka on virtaus) ja pysähtymislämpötila T0, joka mitataan virtausreitille sijoitetulla paikallaan olevalla lämpömittarilla. Nämä lämpötilat liittyvät suhteeseen
(6.1)
jossa C on kaasun ominaislämpökapasiteetti. Toinen termi kohdassa (6.1) kuvaa lämpötilan nousua, joka johtuu lämpömittarin kaasuvirran hidastumisesta. Jos pysähtymistä ei suoriteta vain mittauspisteessä, vaan myös koko virtausosassa, koko kaasu kuumennetaan pysähtymislämpötilaan T0. Tässä tapauksessa virtauksen kineettinen energia muunnetaan lämmöksi.
Muuttamalla kaava (6.1) saadaan lauseke
(6.2)
joka sanoo, että kun virtausnopeus V kasvaa adiabaattisissa olosuhteissa, termodynaaminen lämpötila laskee.
Huomaa, että viimeinen lauseke ei koske vain kaasuvirtausta, vaan myös nestevirtausta. Siinä, kun virtausnopeus V kasvaa adiabaattisissa olosuhteissa, nesteen termodynaamisen lämpötilan tulisi myös laskea. Juuri tätä turbiiniin johtavassa kapenevassa kanavassa kiihdytetyn vesivirtauksen lämpötilan laskua L. Gerbrand huomautti kohdassa 3.4 ehdottaessaan jokiveden lämmön muuntamista jokiveden turbiiniin syötetyn virtauksen kineettiseksi energiaksi. vesivoimalaitokset.
Todellakin, jälleen kerran kirjoitetaan lauseke (6.1) muotoon
(6.3)
saamme kaavan veden virtauksen liike-energian kasvulle
(Tässä m on putken läpi kulkenut vesimassa).
Mutta takaisin pyörreputkeen. Sylinterimäisen putken 1 sisääntulossa olevalla kaasulla on suurin tangentiaalinen nopeus VR ja alhaisin termodynaaminen lämpötila, joka kiihtyy syöttövoluutissaan suureen nopeuteen. Sitten se liikkuu putkessa 1 sylinterimäistä spiraalia pitkin kaukopoistoaukkoon, joka on osittain suljettu kartiolla 4. Jos tämä kartio poistetaan, niin koko kaasuvirtaus poistuu vapaasti putken 1 etäisen (kuuma) pään läpi. Lisäksi VT imee sisään kalvon 3 reiän ja osan ulkoilmasta. (Tälle periaatteelle perustuu pyörreejektoreiden toiminta, joiden mitat ovat pienemmät kuin suoravirtauspoistimet.)
Mutta säätämällä kartion 4 ja putken 1 reunan välistä rakoa, ne saavuttavat putken paineen nousun sellaiseen arvoon, jossa ulkoisen ilman imu pysähtyy ja osa putkesta 1 tulevasta kaasusta alkaa poistua. kalvossa 3 olevan reiän läpi. Samanaikaisesti putken 1 pyörrevirtaukseen ilmestyy keskeinen (paraksiaalinen) pyörrevirtaus, joka liikkuu kohti päävirtausta (kehä), mutta pyörii, kuten todettiin, samaan suuntaan.
Koko VT:ssä tapahtuvassa prosessikompleksissa on kaksi päätekijää, jotka määräävät useimpien tutkijoiden mielestä energian uudelleenjakautumisen siinä olevien reuna- ja keskuspyörrekaasuvirtojen välillä.
Ensimmäinen pääprosesseista on pyörivien virtausten tangentiaalisten nopeuksien kentän uudelleenjärjestely niiden liikkuessa putkea pitkin. Nopeasti pyörivä kehävirtaus siirtää kiertonsa vähitellen sitä kohti liikkuvaan keskivirtaukseen. Tämän seurauksena, kun keskivirtauksen kaasuhiukkaset lähestyvät kalvoa 3, molempien virtausten pyöriminen on suunnattu samaan suuntaan ja tapahtuu ikään kuin kiinteä sylinteri, ei kaasu, pyörii akselinsa ympäri. Tällaista pyörrettä kutsutaan "lähes kiinteäksi". Tämä nimi määräytyy sen perusteella, että pyörivän kiinteän sylinterin hiukkasilla niiden liikkeessä sylinterin akselin ympäri on sama tangentiaalisen nopeuden riippuvuus etäisyydestä akseliin: Vr. =. ?r.
Toinen pääprosessi WP:ssä on reuna- ja keskivirtausten termodynaamisten lämpötilojen tasaaminen VW:n kussakin osassa, mikä johtuu virtojen välisestä turbulenttisesta energianvaihdosta. Ilman tätä kohdistusta sisäisellä virtauksella, jonka tangentiaaliset nopeudet ovat pienemmät kuin kehällä, olisi korkeampi termodynaaminen lämpötila kuin kehällä. Koska kehävirtauksen tangentiaaliset nopeudet ovat suuremmat kuin keskivirtauksen, niin termodynaamisten lämpötilojen tasaamisen jälkeen putken 1, puoliksi kartion 4 peittämän, ulostuloa kohti liikkuvan kehävirtauksen pysähtymislämpötila osoittautuu suurempi kuin keskivirtaus, joka liikkuu kalvon 3 reikää kohti.
Kahden kuvatun pääprosessin samanaikainen toiminta johtaa useimpien tutkijoiden mukaan energian siirtymiseen VT:n keskuskaasuvirrasta perifeeriseen ja kaasun erottumiseen kylmään ja kuumaan virtaukseen.
Suurin osa asiantuntijoista tunnustaa edelleen tämän ajatuksen VT:n työstä. Eikä VT:n muotoilu Ranken ajoista ole juurikaan muuttunut, vaikka VT:n kattavuus on laajentunut sen jälkeen. On havaittu, että VT:t, jotka käyttävät kartiomaista (pieni kartiokulma) putkea sylinterimäisen putken sijasta, osoittavat hieman paremman suorituskyvyn. Mutta niitä on vaikeampi valmistaa. Useimmiten kylmän tuottamiseen käytetään kaasuilla toimivia VT:itä, mutta joskus esimerkiksi pyörretermostaateissa työskennellessä käytetään sekä kylmää että kuumaa virtausta.
Vaikka vortex-putken hyötysuhde on paljon pienempi kuin muiden teollisuusjääkaappien, mikä johtuu suuresta energiankulutuksesta kaasun puristamiseen ennen sen syöttämistä VT:hen, suunnittelun äärimmäinen yksinkertaisuus ja VT:n vaatimattomuus tekevät siitä välttämätön moniin sovelluksiin.
VT voi työskennellä minkä tahansa kaasumaisen käyttönesteen (esimerkiksi vesihöyryn) kanssa ja erilaisilla paineen pudotuksilla (ilmakehän murto-osista satoihin ilmakehoihin). Kaasun virtausnopeuksien vaihteluväli VT:ssä on myös erittäin laaja (murto-osista m3/tunti satoihin tuhansiin m3/tunti), ja siten myös niiden kapasiteettien vaihteluväli. Kuitenkin nousulla
VT:n halkaisija (eli sen tehon kasvaessa) lisää VT:n tehokkuutta.
Kun VT:tä käytetään tuottamaan kylmää ja kuumaa kaasuvirtaa samanaikaisesti, putki tehdään jäähdyttämättömäksi. Tällaisia WT:itä kutsutaan adiabaattisiksi. Mutta vain kylmää virtaa käytettäessä on kannattavampaa käyttää VT:tä, jossa putken runkoa tai sen kauempaa (kuumaa) päätä jäähdytetään vesivaipalla tai muulla menetelmällä väkisin. Jäähdytys mahdollistaa HT:n jäähdytyskapasiteetin lisäämisen.6.3. Vortex putken paradokseja
Pyörreputki, josta tuli "Maxwellin demoni", joka (suorittaa nopeiden kaasumolekyylien erottamisen hitaista), ei saanut tunnustusta pitkään aikaan J. Ranken keksimisen jälkeen. Yleensä kaikki prosessit ja laitteet , jos he eivät saa teoreettista perustetta ja tieteellistä selitystä, ovat valaistuneella" vuosisadallamme lähes varmasti tuomittuja hylätyksi. Tämä, jos haluatte, on valistuksen kääntöpuoli: kaikella, mikä ei löydä hetkellistä selitystä, ei ole oikeutta olla olemassa Ja Ranken piipussa, jopa yllä olevan selityksen ilmestymisen jälkeen hänen työstään, paljon jäi ja jää epäselväksi. Valitettavasti kirjojen ja oppikirjojen kirjoittajat huomaavat harvoin tiettyjen asioiden epäselvyyksiä, vaan päinvastoin pyrkivät useammin kiertää ja verhota niitä luodakseen vaikutelman tieteen kaikkivaltiudesta. Kirja ei ole tässä suhteessa poikkeus.
Joten, hänen sivulla 25, kun hän selittää uudelleenjakoprosessia! energiaa VT:ssä järjestämällä uudelleen pyörivien kaasuvirtojen nopeuskenttä ja ilmaantunut "lähes kiinteä" pyörte, voidaan havaita hämmennystä. Esimerkiksi), luemme: "Kun keskusvirtaus liikkuu kohti ..., se kokee yhä voimakkaampaa pyörteitä ulkoisen virtauksen puolelta. Tässä prosessissa, kun ulommat kerrokset vääntävät sisäisiä, seurauksena ... . sisäisen virtauksen tangentiaaliset nopeudet pienenevät ja ulkoiset kasvavat. Tämän lauseen epäloogisuus saa sinut miettimään, yrittävätkö kirjan kirjoittajat piilottaa jotain, jota ei voida selittää, luoda logiikan vaikutelmaa siellä, missä sitä ei ole?
Yritykset luoda teoria VT:stä rakentamalla ja ratkaisemalla kaasudynaamisten yhtälöiden järjestelmä, joka kuvaa VT:n prosesseja, johtivat monet kirjoittajat ylitsepääsemättömiin matemaattisiin vaikeuksiin. Sillä välin kokeilijoiden tekemät pyörrevaikutuksen tutkimukset paljastivat siinä yhä enemmän uusia piirteitä, joiden perustelu osoittautui yhdenkään hyväksytyn hypoteesin mukaan mahdottomaksi.
1970-luvulla kryogeenisen tekniikan kehittyminen vauhditti pyörrevaikutuksen uusien mahdollisuuksien etsimistä, koska muut olemassa olevat jäähdytysmenetelmät - kaasun kuristus, ruiskutus ja kaasun paisuminen - eivät ratkaisseet suurien määrien jäähdyttämiseen syntyneitä käytännön ongelmia. ja nesteytyskaasut alhaisella kondensaatiolämpötilalla. Siksi vortex-jäähdyttimien toiminnan tutkimus jatkui entistä intensiivisemmin.
Mielenkiintoisimmat tulokset tähän suuntaan saavuttivat leningradilaiset V. E. Finko. Hänen vortex-jäähdyttimessään VT:llä, jonka kartiokulma oli jopa 14°, saavutettiin ilmajäähdytys jopa 30°K. Jäähdytysvaikutuksen merkittävä lisääntyminen havaittiin nostamalla kaasun paine tuloaukossa arvoon 4 MPa ja korkeampi, mikä [risti yleisesti hyväksytyn näkemyksen, jonka mukaan yli 1 MPa:n paineessa VT-hyötysuhde ei käytännössä nouse. paineen kasvaessa.
Tämä ja muut pyörrejäähdyttimen testeissä havaitut ominaisuudet, joilla on aliäänivirtausnopeuksia ja jotka ovat ristiriidassa olemassa olevien käsitysten kanssa pyörrevaikutuksesta ja kirjallisuudessa käytetystä menetelmästä kaasun jäähdytyksen laskemiseen sen avulla, sai V. E. Finkon analysoimaan näitä eroja. .
Hän havaitsi, että ei vain kylmän (Tx) vaan myös "kuumien" (Tr) lähtevien kaasuvirtojen pysähtymislämpötilat osoittautuivat merkittävästi alhaisemmiksi kuin sen VT:hen toimitetun kaasun lämpötila T. Tämä tarkoitti, että hänen WT:nsä energiatasapaino ei vastannut hyvin tunnettua Hilsch-tasapainoyhtälöä adiabaattisille WT:ille.
(6.5)
missä I on käyttökaasun ominaisentalpia,
Käytettävissä olevasta kirjallisuudesta Finko ei löytänyt suhteiden varmentamiseen omistettuja papereita (6.5). Julkaistuissa töissä kylmävirtausfraktio JLI laskettiin pääsääntöisesti kaavalla
(6.6)
lämpötilamittausten tulosten mukaan Tovh Gog Goh. Viimeinen kaava saadaan kohdasta (6.5) käyttämällä ehtoja:
V.E.Finko luo kohdassa kuvatun telineen, jolla suoritettiin virtauksen pysähtymislämpötilojen mittauksen ohella kaasun virtausnopeuksien mittauksia Ovkh, Ox, Og. Tuloksena vahvistettiin vakaasti, että lauseketta (6.5) ei voida hyväksyä WP:n energiatasapainon laskemiseen, koska tulojen ja lähtevien virtojen ominaisentalpioiden ero kokeissa oli 9-24 % ja kasvoi kasvun myötä. tulopaineessa tai tulokaasun lämpötilan laskussa. Finko huomauttaa, että jonkin verran eroa suhteessa (6,5) ja testitulosten välillä havaittiin aiemmin muiden tutkijoiden töissä, esimerkiksi missä ero oli 10-12 %, mutta näiden töiden tekijät selittivät kustannusten mittaamisen epätarkkuuden.
Lisäksi V. E. Finko toteaa, että mikään aiemmin ehdotetuista lämmönsiirtomekanismeista VT:ssä, mukaan lukien vastavirtaturbulenttisen lämmönsiirron mekanismi, ei selitä niitä korkeita lämmönpoistonopeuksia kaasusta, jotka johtavat hänen tallentamiinsa merkittäviin lämpötilan laskuihin (~ 70 °K ja enemmän) sen vortex-jäähdyttimessä. Hän tarjoaa selityksensä kaasun jäähtymiselle VT:ssä "kaasun pyörrelaajentumistyöllä", joka suoritetaan putken sisällä aiemmin sinne päässeille kaasuosille sekä ulkoilmakehään, jossa kaasu poistuu.
Tässä on huomattava, että yleisessä tapauksessa WT:n energiatase on muotoa:
(6.7)
jossa Wcool on lämpömäärä, joka on poistettu aikayksikköä kohden VT-kotelosta sen luonnollisen tai keinotekoisen jäähdytyksen vuoksi. Adiabaattisia putkia laskettaessa jätetään huomioimatta (6.7):n viimeinen termi sen pienuuden vuoksi, koska VT:t ovat yleensä kooltaan pieniä ja niiden lämmönvaihto konvektion kautta ympäröivän ilman kanssa on merkityksetöntä verrattuna VT:n sisällä olevien kaasuvirtojen väliseen lämmönvaihtoon. Ja keinotekoisesti jäähdytettyjen VT:iden toiminnan aikana (6.7):n viimeinen termi varmistaa VT:istä lähtevän kylmän kaasuvirran osuuden kasvun. Finkon pyörrejäähdyttimessä ei ollut keinotekoista jäähdytystä, ja luonnollinen konvektiolämmönvaihto ympäröivän ilmakehän ilman kanssa oli merkityksetöntä.
Finkon seuraavalla kokeella, joka on kuvattu , ei näyttänyt olevan suoraa yhteyttä lämmönsiirtoon VT:ssä. Mutta juuri hän saa epäilemään voimakkaimmin paitsi aiemmin olemassa olevien käsitysten oikeellisuutta kaasuvirtojen välisen lämmönvaihdon mekanismista WP:ssä, myös yleisesti yleisesti hyväksytyn kuvan oikeellisuutta WP:n toiminnasta. Finko esittelee VT:n akselia pitkin ohuen tangon, jonka toinen pää on kiinnitetty laakeriin. Kun VT on toiminnassa, tanko alkaa pyöriä jopa 3000 rpm:n nopeudella VT:n pyörivän keskuskaasuvirran ohjaamana. Mutta vain tangon pyörimissuunta osoittautui päinvastaiseksi kuin VT:n pää (reuna) pyörrekaasuvirtauksen pyörimissuunta!
Tästä kokeesta voimme päätellä, että keskikaasuvirran pyörimissuunta on päinvastainen kuin kehävirtauksen (päävirtauksen) pyöriminen. Mutta tämä on ristiriidassa vallitsevan ajatuksen kanssa kaasun "lähes kiinteästä" pyörimisestä BT:ssä.
Lisäksi V. E. Finko rekisteröinyt ulostulokohdassa kylmää kaasuvirtausta VT-infrapunasäteilystä kaistaspektrin aallonpituusalueella 5-12 μm, jonka intensiteetti kasvoi kaasunpaineen noustessa VT:n sisääntulossa. Joskus kuitenkin havaittiin myös visuaalisesti "virran ytimestä tulevaa sinistä säteilyä". Tutkija ei kuitenkaan pitänyt säteilyä kovin tärkeänä, vaan totesi säteilyn olemassaolon uteliaana sivuvaikutuksena eikä edes tuonut sen intensiteettiä arvoihin. Tämä osoittaa, että Finko ei yhdistänyt tämän säteilyn läsnäoloa BT:n lämmönsiirtomekanismiin.
Tässä meidän on jälleen muistettava kohdissa 4.4 ja 4.5 ehdotettu mekanismi "ylimääräisen" massaenergian poistamiseksi kiertoon asetettujen kappaleiden järjestelmästä järjestelmän tarvittavan negatiivisen sitomisenergian tuottamiseksi. Kirjoitimme, että helpoin tapa purkaa energiaa on sähköisesti varautuneita kappaleita. Pyöriessään ne voivat yksinkertaisesti säteillä energiaa sähkömagneettisten aaltojen tai fotonien muodossa. Minkä tahansa kaasun virtauksessa on aina tietty määrä ioneja, joiden liikkeen ympyrää tai kaaria pitkin pyörrevirtauksessa pitäisi johtaa sähkömagneettisten aaltojen emissioon.
Totta, pyörteen teknisillä pyörimistaajuuksilla liikkuvan ionin radioaaltosäteilyn intensiteetti, joka on laskettu hyvin tunnetun kaavan mukaan syklotronisäteilylle perustaajuudella, osoittautuu erittäin pieneksi. Mutta syklotronisäteily ei ole ainoa ja kaukana tärkeimmistä mahdollisista mekanismeista fotonien lähettämiseksi pyörivästä kaasusta. On olemassa useita muita mahdollisia mekanismeja, esimerkiksi kaasumolekyylien virittäminen ioni-äänivärähtelyllä, jota seuraa virittyneiden molekyylien emissio. Puhumme tässä syklotronisäteilystä vain siksi, että sen mekanismi on insinöörille - tämän kirjan lukijalle - ymmärrettävin. Toistakaamme vielä kerran, että kun luonnon tarvitsee säteillä energiaa liikkuvien kappaleiden järjestelmästä, se löytää tuhat tapaa tehdä tämä. Varsinkin sellaisesta järjestelmästä kuin kaasupyörre, jossa on niin monia mahdollisuuksia säteilylle, jotka ovat ymmärrettäviä myös tämän päivän tieteen kehityksellä.
V. E. Finko rekisteröi sähkömagneettisen säteilyn kaistaspektrin
aallonpituudet = 10 µm. Kaistaspektri on ominaista kaasumolekyylien lämpösäteilylle. Kiinteät kappaleet antavat jatkuvan säteilyspektrin. Tästä voidaan päätellä, että Finkon kokeissa rekisteröitiin työkaasun säteily, ei VT:n metallikotelo.
Pyörivän kaasun lämpösäteily ei voi kuluttaa säteilevien molekyylien tai ionien loppumassaa, vaan kaasun lämpöenergiaa sen sisäisen energian liikkuvimpana osana. Kaasumolekyylien väliset lämpötörmäykset eivät vain viritä molekyylejä, vaan myös syöttävät ioneja kineettisellä energialla, jota ne säteilevät jo sähkömagneettisen energian muodossa. Ja näyttää siltä, että kaasun pyöriminen jollakin tavalla (ehkä vääntökentän avulla) stimuloi tätä säteilyprosessia. Fotoniemission seurauksena kaasu jäähtyy alhaisempiin lämpötiloihin kuin mitä VT:n keski- ja reunapyörrevirtausten välisen lämmönsiirron tunnetuista teorioista seuraa.
Finkon työssä havaitun säteilyn voimakkuutta ei valitettavasti ole osoitettu, joten sen kuljettaman tehon suuruudesta ei toistaiseksi voida sanoa mitään. Mutta hän pani merkille VT:n seinien sisäpinnan kuumenemisen vähintään 5°K:lla, mikä saattoi johtua juuri tämän säteilyn aiheuttamasta kuumenemisesta.
Tässä suhteessa syntyy seuraava hypoteesi lämmönpoistoprosessista keskusvirtauksesta reunapyörrekaasuvirtaukseen WP:ssä. Sekä keskus- että reunavirran kaasu emittoi fotoneja pyöriessään. Vaikuttaa siltä, että perifeerisen pitäisi säteillä voimakkaammin, koska sillä on suurempi tangentiaalinen nopeus. Mutta keskusvirtaus on voimakkaassa aksiaalisessa vääntökentässä, mikä stimuloi fotonien emissiota virittyneiden molekyylien ja ionien avulla. (Finkon kokeissa tämä todistaa sinisen hehkun esiintymisen juuri virtauksen "ytimestä".) Tällöin virtauskaasu jäähtyy siitä lähtevän säteilyn vaikutuksesta, joka kuljettaa energiaa pois ja säteily absorboituu. putken seinillä, jotka lämmitetään tällä säteilyllä. Mutta putkien seinien kanssa kosketuksissa oleva perifeerinen kaasuvirta poistaa tämän lämmön ja lämpenee. Seurauksena on, että keskuspyörrevirtaus on kylmä ja perifeerinen lämmitetty.
Siten VT-runko toimii välikappaleena, joka välittää lämmön keskipyörteestä perifeeriseen.
On selvää, että kun HT:n runko jäähdytetään, lämmön siirtyminen siitä perifeeriseen kaasuvirtaukseen vähenee johtuen putken rungon ja siinä olevan kaasun välisen lämpötilaeron pienenemisestä ja jäähdytyksestä. HT:n kapasiteetti kasvaa.
Tämä hypoteesi selittää myös Finkon havaitseman lämpötasapainon rikkomisen, josta puhuimme edellä. Todellakin, jos osa säteilystä poistuu WP-rajoista ulostulojen kautta (ja tämä osa voi olla Finkon käyttämän laitteen geometriasta päätellen ~10%), niin tämän osan säteilystä kuljettama energia ei ole enää tallennetaan laitteilla, jotka mittaavat kaasun pysähtymislämpötilaa putkien ulostuloissa. Erityisesti putkesta lähtevän säteilyn osuus kasvaa, jos säteilyä syntyy pääasiassa putken aukon 3 lähellä (ks. kuva 6.5), jossa kaasun pyörimisnopeudet ovat suurimmat.
Vielä muutama sana on sanottava VT:n reunakaasuvirran lämmittämisestä. Kun V.E. Finko asensi VT:n "kuuma" päähän kaasuvirran "suoristimen" (hila "jarru"), "suorastajan" jälkeen lähtevän kaasuvirran "kuuma" lämpötila oli jo 30-60 °K. korkeampi kuin Tovh. Samaan aikaan kylmän virtauksen osuus kasvoi johtuen kulkuosan pinta-alan pienenemisestä "kuuma" virtauksen osan poistamiseksi, ja virtauksen kylmän osan lämpötila ei ollut pidempään yhtä alhaalla kuin käytettäessä ilman "suoristinta".
"Suorastimen" asennuksen jälkeen Finko havaitsee erittäin voimakkaan melun VT:n käytön aikana. Ja hän selittää kaasun lämpenemisen, kun putkeen laitetaan "tasasuuntaaja" (joka, kuten hänen arvionsa osoittivat, ei voinut lämmetä niin paljon vain kaasuvirran kitkan vuoksi "tasasuuntaajaa" vastaan) ulkonäöllä. äänivärähtelyistä kaasussa, jonka resonaattori on putki. Tätä prosessia Finko kutsui "kaasun aallon laajenemis- ja puristusmekanismiksi", joka johtaa sen lämmittämiseen.
On selvää, että kaasuvirtauksen pyörimisen hidastumisen olisi pitänyt johtaa osan virtauksen liike-energian muuntamiseen lämmöksi. Mutta tämän muutoksen mekanismi paljastui vasta Finkon työssä.
Edellä oleva osoittaa, että pyörreputki on edelleen täynnä monia mysteereitä ja että sen toiminnasta jo vuosikymmeniä olemassa olleet ajatukset vaativat radikaalia tarkistamista.6.4 Hypoteesi vastavirrasta pyörteissä
Pyörreliike sisältää niin paljon tutkimatonta, että useammalle kuin yhdelle teoreetikkojen ja kokeilijoiden sukupolvelle riittää työtä. Ja samaan aikaan pyörreliike on ilmeisesti yleisin liiketyyppi luonnossa. Todellakin, kaikki ne kappaleet (planeetat, tähdet, elektronit atomissa jne.), joista kirjoitimme luvussa 4.1, että ne tekevät ympyräliikettä, yleensä myös liikkuvat eteenpäin. Ja kun lisäät niiden pyörimis- ja translaatioliikkeet, saat spiraaliliikkeen.
Spiraaleja on kahta päätyyppiä: lieriömäinen kierre, jota käsittelimme luvussa 4.3, ja Arkhimedeen spiraali, jonka säde kasvaa kierrosten määrän myötä. Spiraaligalaksit, luonnon suurimmat pyörteet, näyttävät siltä.
Ja pyörivän liikkeen superpositio Archimedes-spiraalia pitkin ja translaatioliike sen akselia pitkin antaa myös kolmannen spiraalityypin - kartiomaisen. Kylvystä sen pohjassa olevaan putkeen virtaava vesi liikkuu tällaista spiraalia pitkin ja ilma tornadossa. Kaasu liikkuu samaa kartiomaista spiraalia pitkin teknisissä sykloneissa. Siellä hiukkasradan säde pienenee jokaisen kierroksen yhteydessä.
Riisi. 6.6. Eri kierreasteisten vapaiden vedenalaisten suihkujen nopeusprofiili:
a - suoravirtaussuihku; b - hieman pyörivä suihku; c - kohtalaisen pyörivä suihku; g - voimakkaasti pyörivä suljettu suihku; e - voimakkaasti pyörivä avoin suihku; seinä; b - reikä seinässä; c - suihkun rajat; d on nopeusprofiili eri etäisyyksillä seinästä; e - suihkun akseli; [U-aksiaalinen nopeus.Mutta Finkon pyörrejäähdyttimessä, jossa on kartiomainen pyörreputki, reunakaasuvirtaus liikkuu laajenevaa kartiomaista spiraalia pitkin ja vastaantuleva aksiaalinen virtaus - kapenevaa spiraalia pitkin. Tällainen virtauskonfiguraatio VT:ssä ja teknisessä syklonissa määräytyy laitteen seinämien geometrian mukaan.
Tarkasteltaessa pyörreputkea kohdassa 6.2 kirjoitimme, että siinä tapahtuu käänteinen aksiaalinen virtaus, kun kaasun ulostulo putken (kuuma) pään läpi on osittain tukossa ja siihen syntyy ylipainetta, joka pakottaa kaasun etsimään toinen uloskäynti putkesta. Tällainen selitys vasta-aksiaalisen virtauksen esiintymisestä VT:ssä on yleisesti hyväksytty nykyään.
Mutta pyörteilevien suihkujen asiantuntijat, joita käytetään laajalti esimerkiksi polttimien luomiseen lämpövoimaloiden polttimissa, panevat merkille, että vastavirtaus pyörivän suihkun akselia pitkin tapahtuu myös ilman laitteen seiniä. Tutkimus vapaiden upotettujen suihkujen nopeusprofiileista (katso kuva 6.6) osoittaa, että käänteinen aksiaalinen virtaus kasvaa suihkun kiertymisasteen kasvaessa.
Takaisinvirtauksen fyysistä syytä ei ole vielä selvitetty. Useimmat asiantuntijat uskovat, että se ilmenee siitä syystä, että suihkun kiertymisasteen kasvaessa keskipakovoimat heittävät sen kaasun hiukkasia kehälle, minkä seurauksena suihkun akselin lähelle syntyy harventumisvyöhyke, jossa ilmakehän ilmaa ryntää,
sijaitsee edellä suihkun akselia pitkin.
Mutta teoksissa osoitetaan, että vastavirtaus ei liity niinkään suihkun staattiseen painegradienttiin, vaan sen nopeuden tangentiaalisen ja aksiaalisen (aksiaalisen) komponentin suhteeseen. Esimerkiksi tangentiaalisella siipilaitteistolla varustetun pyörteen muodostamilla suihkuilla, jotka ovat siipien kaltevuuskulmassa 40-45°, on suuri harvinaisuus aksiaalisella alueella, mutta niillä ei ole käänteisiä virtauksia. Miksi ne eivät ole - jää asiantuntijoiden mysteeriksi.
Yritetään purkaa se tai pikemminkin selittää eri tavalla syy aksiaalisten vastavirtojen esiintymiseen pyörivissä suihkuissa.
Kuten olemme toistuvasti huomauttaneet, "ylimääräisen" massaenergian pudottaminen järjestelmästä, joka laitetaan pyörimään, on helpoimmin toteutettu lähettämällä fotoneja. Mutta tämä ei ole ainoa mahdollinen kanava. Voimme myös ehdottaa seuraavaa hypoteesia, joka aluksi vaikuttaa uskomattomalta joillekin mekaniikoille.
Polku tähän hypoteesiin oli pitkä, ja sen teki useampi kuin yksi fyysikkojen sukupolvi. Jopa Viktor Schauberger, nerokas itävaltalainen kimpale, vapaa-ajallaan fysiikkaa harrastanut metsänhoitaja, joka 20-luvulla käytti paljon aikaa pyörteen liikkeen ymmärtämiseen, huomasi, että vesi virtasi itsestään putkeen kylvystä. , kylvyn tyhjennysaika lyhenee. Ja tämä tarkoittaa, että paitsi tangentiaalinen, myös aksiaalinen virtausnopeus kasvaa pyörteessä. Muuten, oluen ystävät ovat jo pitkään huomanneet tämän vaikutuksen. Pyrkiessään saamaan pullon sisällön suuhunsa mahdollisimman nopeasti kilpailuissa he yleensä pyörittelevät olutta pullossa voimakkaasti ennen kaatamista.
Emme tiedä rakastiko Schauberger olutta (mitä itävaltalainen ei rakasta häntä!), mutta hän yritti selittää tämän paradoksaalisen tosiasian sillä tosiasialla, että pyörteessä siinä olevien molekyylien lämpöliikkeen energia muuttuu pyörteen kineettiseksi energiaksi. suihkun aksiaalinen liike. Hän huomautti, että vaikka tällainen mielipide on ristiriidassa termodynamiikan toisen lain kanssa, muuta selitystä ei löydy, ja veden lämpötilan lasku porealtaassa on kokeellinen tosiasia.
Energian ja liikemäärän säilymisen lakien perusteella oletetaan yleensä, että suihkun pyöriessä pitkittäispyörteeseen, osa suihkun translaatioliikkeen liike-energiasta muuttuu sen pyörimisenergiaksi ja se on ajatteli, että tämän seurauksena suihkun aksiaalinopeuden pitäisi laskea. Tämän, kuten esimerkiksi kohdassa todettiin, pitäisi johtaa vapaiden tulviisuihkujen kantaman pienenemiseen niiden pyöriessä.
Lisäksi hydraulitekniikassa ne yleensä kamppailevat kaikin mahdollisin tavoin nestepyörteen kanssa laitteissa sen ylivuodon vuoksi ja pyrkivät varmistamaan irrotoivan laminaarivirtauksen. Tämä johtuu siitä, kuten on kuvattu, esimerkiksi siitä, että pyörreköyden ilmaantuminen nestevirtaukseen merkitsee suppilon muodostumista nesteen pinnalle tyhjennysputken sisääntulon yläpuolelle. Suppilo alkaa imeä voimakkaasti ilmaa, jonka pääsy putkeen ei ole toivottavaa. Lisäksi uskotaan virheellisesti, että ilmaa sisältävän suppilon ilmestyminen, joka vähentää nesteen varaamaa osuutta tuloaukon poikkileikkauksesta, vähentää myös nesteen virtausta tämän reiän läpi.
Oluen ystävien kokemus osoittaa, että niin ajattelevat ovat väärässä: huolimatta nestevirtauksen varaaman reiän poikkileikkauksen osuuden pienenemisestä, neste virtaa reiän läpi nopeammin virtauksen pyöriessä kuin ilman pyörimistä.
Jos L. Gerbrand, josta kirjoitimme luvussa 3.4, pyrkisi lisäämään vesivoimaloiden tehoa vain oikaisemalla veden virtausta turbiiniin ja kaventamalla putkijohtoa asteittain niin, että vesi sai suurimman mahdollisen siirtonopeuden , sitten Schauberger toimitti suippenevaan putkeen ruuviohjaimia, jotka pyörittelevät veden virtausta pitkittäispyörteeseen, ja putken päähän hän asetti täysin uudenlaisen aksiaalisen turbiinin. (Itävaltalainen patentti nro 117749, päivätty 10. toukokuuta 1930)
Tämän turbiinin ominaisuus (katso kuva 6.7) on se, että siinä ei ole siipiä, jotka tavanomaisissa turbiineissa ylittävät vesivirran ja rikkovat sitä, tuhlaavat paljon energiaa pintajännitysvoimien ja vesimolekyylien adheesion voittamiseksi. Tämä ei johda vain energiahäviöihin, vaan myös kavitaatioilmiöiden ilmaantumista, jotka aiheuttavat turbiinin metallin eroosiota.
Schauberger-turbiinissa on kartiomainen muoto, jossa on spiraalinmuotoiset siivet korkkiruuvin muodossa, joka on ruuvattu pyörivään vesivirtaan. Se ei katkaise virtausta eikä aiheuta kavitaatiota. Ei tiedetä, onko tällaista turbiinia toteutettu missään käytännössä, mutta sen suunnitelma sisältää tietysti erittäin lupaavia ideoita.
Meitä ei kuitenkaan kiinnosta niinkään Schauberger-turbiini kuin hänen lausuntonsa, jonka mukaan vesimolekyylien lämpöliikkeen energia pyörrevirtauksessa voidaan muuttaa vesivirran liike-energiaksi. Tältä osin mielenkiintoisimpia ovat W. Schaubergerin vuonna 1952 yhdessä professori Franz Popelin kanssa Stuttgartin teknisessä korkeakoulussa suorittamien kokeiden tulokset, joista roomalainen Josef Gasslberger puhuu vuonna 1952.
Tutkiessaan putkikanavan muodon ja sen seinämien materiaalin vaikutusta siinä olevaan pyörteisen vesivirran hydrodynaamiseen kestävyyteen kokeen tekijät havaitsivat, että parhaat tulokset saavutetaan kupariseinillä. Mutta yllättävin asia on, että antiloopin sarvea muistuttavalla kanavakonfiguraatiolla kitka kanavassa pienenee veden nopeuden kasvaessa ja tietyn kriittisen nopeuden ylittymisen jälkeen vesi virtaa negatiivisella vastuksella, eli se imeytyy kanava ja kiihtyy siinä.Riisi. 6.7 Schaubergin turbiini
Gasslberger on samaa mieltä Schaubergerin kanssa siitä, että tässä pyörre muuttaa veden lämmön virtauksensa kineettiseksi energiaksi. Mutta toteaa, että "termodynamiikka, kuten kouluissa ja yliopistoissa opetetaan, ei salli tällaista lämmön muuntamista alhaisissa lämpötilaeroissa." Gasslberger kuitenkin huomauttaa, että moderni termodynamiikka ei pysty selittämään monia muita luonnonilmiöitä.
Ja tässä liiketeoria voi auttaa ymmärtämään, miksi pyörreliike tarjoaa, toisin kuin vallitsevat termodynamiikan ideat, pyörteisen ainevirran lämmön muuntamisen sen aksiaalisen liikkeen energiaksi kaavan mukaisesti. (6.4). Virran kiertyminen pyörteessä muuttaa osan lämmöstä, joka on osa järjestelmän sisäistä energiaa, virtauksen translaatioliikkeen kineettiseksi energiaksi pyörteen akselia pitkin. Miksi juuri akselia pitkin? Kyllä, koska silloin hankitun translaatioliikkeen nopeusvektori osoittautuu kohtisuoraksi virtauksessa olevien hiukkasten pyörimisliikkeen hetkellisen tangentiaalisen nopeuden vektorin kanssa eikä muuta jälkimmäisen arvoa. Tässä tapauksessa noudatetaan virtauksen liikemäärän säilymisen lakia.
Lisäksi hiukkasten kiihtyvyys suunnassa, joka on kohtisuorassa niiden pääliikkeen (ympyrän) suuntaan nähden pyörteessä, johtaa niiden poikittaismassan suhteelliseen kasvuun pikemminkin kuin pituussuuntaisessa massassa. Alkuainehiukkasten poikittais- ja pituussuuntaisten massojen erillisen laskennan tarpeesta* (Tämä muistuttaa pitkittäis- ja poikittais-Doppler-ilmiöiden laskemista erikseen.) SRT:n muodostumisen alkuvaiheessa kirjoitettiin paljon (katso esim.) Nimittäin pituussuuntainen massa (vastaa tässä tapauksessa hiukkasten tangentiaalista nopeutta pyörteessä) määrää keskipakovoimien suuruuden ympyräliikkeen aikana . Kun osa järjestelmän sisäisestä energiasta muunnetaan siinä olevien kappaleiden aksiaalisen (aksiaalisen) liikkeen kineettiseksi energiaksi, keskipakovoimat eivät kasva. Siksi ilmaantuvan aksiaalisen liikkeen energia osoittautuu ikään kuin poissa ympyräliikkeen ongelmasta, mikä vastaa matemaattisesti sen poistumista pyörivästä järjestelmästä ilman fotoniemissiota.
Mutta järjestelmän liikemäärän säilymislaki edellyttää, että jos pyörrevirtaus saa aksiaalisen liikemäärän, jokin muu kappale (esimerkiksi pyörrelaitteiston kappale) saa samanaikaisesti saman itseismäärän liikemäärän vastakkaiseen suuntaan. Suljetuissa pyörrelaitteissa, esimerkiksi pyörreputkissa, ja myös silloin, kun pyörrevirtauksen ja laitteen seinien välillä ei ole kosketusta (kuten joissain tapauksissa vapaiden pyörresuihkujen tapauksessa), virtauksen aksiaalinen osa, jolla on Pienempi tangentiaalinen nopeus kuin kehäosa, täytyy saada käänteinen impulssi. Rekyylin voi kuitenkin viedä pois myös pyörivän liikkeen aikana syntyvien fotonien tai neutriinojen aksiaalinen (aksiaalinen) virtaus, jota käsitellään yhdestoista luvussa.
Tämä on yleisesti ottaen meidän näkökulmastamme oikea syy vastavirran ilmaantumiselle sekä pyörreputkissa että pyörteisissä suihkuissa.Johtopäätökset luvusta
1 Ilmakehän pyörteille on ominaista pääosin oikeakätinen ilmaliike niissä ja "myrskyn silmän" läsnäolo - hitaiden liikkeiden tai tyyneyden keskusvyöhyke.
2. Tornadoilla on edelleen useita mysteereitä: erittäin suuret ilmannopeudet ja niihin jääneet esineet, poikkeuksellinen nostovoima, joka ylittää ilmavirran painevoiman, hehkujen läsnäolo jne.
3. Kosteiden ilmamassojen lämpöenergia muunnetaan liikeenergiaksi ilmakehän pyörteissä. Tässä tapauksessa energia keskittyy, mikä ensi silmäyksellä on ristiriidassa termodynamiikan periaatteiden kanssa.
4. Ristiriita termodynamiikan kanssa poistuu, jos oletetaan, että ilmakehän pyörteet tuottavat liiketeorian vaatimusten mukaisesti lämpösäteilyä (infrapuna- ja mikroaaltosäteilyä).
5. J. Ranken 1930-luvulla tekemä löytö kaasun erottumisen vaikutuksesta pyörreputkessa kuumiksi seinän lähellä oleviin ja kylmiin aksiaalisiin pyörrevirtauksiin aloitti useita uusia teknologiasuuntia, mutta silti sillä ei ole riittävän täydellistä ja johdonmukaista teoreettinen selitys.
6. Teokset V.E. Finko 1980-luvulla epäili joidenkin yleisesti hyväksyttyjen käsitysten oikeellisuutta pyörreputken prosesseista: sen energiataseesta, vastavirtaisen turbulentin lämmönsiirron mekanismista jne.
7. V.E. Finko havaitsi, että pyörreputken kylmän aksiaalisen vastavirran pyörimissuunta on päinvastainen kuin pää(reuna)kaasuvirtauksen suunta ja että kaasupyörreputki tuottaa kaistaspektrin infrapunasäteilyä ja joskus myös sinistä säteilyä, joka tulee ulos pyörreputkesta. aksiaalinen vyöhyke.
8. Sijoitus pyörreputken jarrun kuumaan päähän - kaasuvirtauksen suoristusjohdot,
kuten V.E. Finko, voimakkaiden äänivärähtelyjen esiintymiseen kaasussa, jonka resonaattori on putki, ja niiden voimakkaaseen kaasuvirran kuumenemiseen.
9. Ehdotetaan mekanismia lämmön poistamiseksi pyörreputken kaasun aksiaalisesta vastavirtauksesta perifeeriseen virtaukseen pyörreputken seinämiä lämmittävien fotonien aksiaalisen virtauksen aiheuttaman kaasun pyörimisen kiihtyvyyden aiheuttaman säteilyn vuoksi, ja niistä lämpö siirtyy niitä pesevään perifeeriseen kaasuvirtaukseen.
10. Aksiaalista vastavirtausta ei esiinny ainoastaan pyörreputkissa, vaan myös vapaasti pyörivissä suihkuissa, joissa ei ole laitteen seinämiä, minkä syytä ei ole vielä täysin selvitetty.
11. V. Schauberger huomautti 1930-luvulla, että pyörteessä osa siinä olevien molekyylien lämpöliikkeen energiasta muuttuu vesisuihkun aksiaalisen liikkeen kineettiseksi energiaksi, ja ehdotti tämän käyttöä.
12. Liiketeoria selittää Schauberger-ilmiön sillä, että vesivirtauksen pyörteily saa osan molekyylien lämpöenergiasta, joka on virtauksen sisäinen energia, jättämättä pyörteistä virtausta säteilyn muodossa. , mutta se muunnetaan virtauksen kineettiseksi energiaksi tangentiaaliseen pyörrenopeuteen nähden kohtisuorassa suunnassa pyörrevirtauksen akselia pitkin. Jälkimmäistä vaatii virtauksen liikkeen kulmamomentin säilymislaki. Ja liikemäärän säilymislaki sen pyörimisakselilla edellyttää, että milloin
Tässä tapauksessa joko ilmaantui vastavirta tai syntyi fotonien tai neutriinojen aksiaalinen emissio, joka kompensoi muutosta virtauksen pituussuuntaisessa liikemäärässä.
Lämpimien ja kylmien virtausten välinen kamppailu, jolla pyritään tasoittamaan pohjoisen ja etelän välistä lämpötilaeroa, tapahtuu vaihtelevalla menestyksellä. Sitten lämpimät massat ottavat vallan ja tunkeutuvat lämpimän kielen muodossa kauas pohjoiseen, joskus Grönlantiin, Novaja Zemljaan ja jopa Franz Josef Landiin; sitten arktisen ilman massat jättimäisen "pisaran" muodossa murtautuvat etelään ja pyyhkäisevät pois lämmintä ilmaa matkallaan, putoavat Krimille ja Keski-Aasian tasavalloille. Tämä taistelu on erityisen voimakasta talvella, kun lämpötilaero pohjoisen ja etelän välillä kasvaa. Pohjoisen pallonpuoliskon synoptisissa kartoissa voit aina nähdä useita lämpimän ja kylmän ilman kieliä tunkeutuvan eri syvyyksiin pohjoiseen ja etelään (löydä ne kartastamme).
Areena, jolla ilmavirtojen taistelu etenee, osuu juuri maapallon asutuimmille osille - lauhkeille leveysasteille. Nämä leveysasteet kokevat sään epämuodostumia.
Ilmakehämme myrskyisimmät alueet ovat ilmamassojen rajat. Niille nousee usein suuria pyörteitä, jotka tuovat meille jatkuvia sään muutoksia. Tutustutaanpa niihin tarkemmin.
Kuvittele rintama, joka erottaa kylmät ja lämpimät massat (kuva 15, a). Kun ilmamassat liikkuvat eri nopeuksilla tai kun yksi ilma
Massa liikkuu rintamaa pitkin yhteen suuntaan ja toinen vastakkaiseen suuntaan, jolloin etulinja voi taipua ja sille muodostuu ilma-aaltoja (kuva 15, b). Samaan aikaan kylmä ilma kääntyy yhä voimakkaammin etelään, virtaa lämpimän ilman ”kielen” alle ja syrjäyttää osan siitä ylöspäin. - Lämmin kieli tunkeutuu yhä pidemmälle pohjoiseen ja "huuhtelee pois" edessään makaavan kylmän massan. Ilmakerrokset pyörivät vähitellen.
Pyörteen keskiosasta ilma poistuu voimalla sen laitamille. Siksi lämpimän kielen yläosassa paine laskee jyrkästi ja ilmakehään muodostuu eräänlainen ontto. Tällaista pyörrettä, jonka keskellä on alentunut paine, kutsutaan sykloniksi ("sykloni" tarkoittaa pyöreää).
Koska ilma virtaa paikkoihin, joissa on alhaisempi paine, niin syklonissa sen pitäisi pyrkiä
Pyörteen reunat suoraan keskelle. Mutta tässä meidän on muistutettava lukijaa, että Maan pyörimisen vuoksi akselinsa ympäri kaikkien pohjoisella pallonpuoliskolla liikkuvien kappaleiden polut poikkeavat oikealle. Siksi esimerkiksi jokien oikeat rannat huuhtoutuvat voimakkaammin, kaksiraiteisilla rautateillä oikeat kiskot kuluvat nopeammin. Ja myrskyn tuuli myös poikkeaa oikealle; tuloksena on pyörre, jossa tuulet vastapäivään.
Ymmärtääksesi, kuinka Maan pyöriminen vaikuttaa ilmavirtaan, kuvittele leikkaus maapallon pinnasta (kuva 16). Tuulen suunta pisteessä A näkyy nuolella. Tuuli pisteessä A lounaasta. Jonkin ajan kuluttua Maa kääntyy ja piste A siirtyy pisteeseen B. Ilmavirta poikkeaa oikealle ja kulma muuttuu; tuuli on länsi-lounas. Jonkin ajan kuluttua piste B siirtyy pisteeseen C ja tuuli kääntyy länteen eli kääntyy vielä enemmän oikealle.
Jos syklonin alueelle piirretään saman paineen viivoja, eli isobaareja, niin käy ilmi, että ne ympäröivät syklonin keskustaa (kuva 15, c). Tältä sykloni näyttää elämänsä ensimmäisinä päivinä. Mitä hänelle tapahtuu seuraavaksi?
Syklonin kieli venyy yhä enemmän pohjoiseen, terävöityy ja muodostuu suureksi lämpimäksi sektoriksi (kuva 17). Se sijaitsee yleensä syklonin eteläosassa, koska lämpimät virtaukset tulevat useimmiten etelästä ja lounaasta. Sektoria ympäröi kylmä ilma molemmilta puolilta. Katsokaa kuinka lämpimät ja kylmät virtaukset kulkevat syklonissa, ja näet, että on olemassa kaksi rintamaa, jotka jo tiedätte. Lämpimän sektorin oikea raja on syklonin lämmin rintama laajalla sadekaistalla ja vasen on kylmä; sadekaista on kapea.
Sykloni liikkuu aina nuolen osoittamaan suuntaan (samansuuntaisesti lämpimän sektorin isobaarien kanssa).
Käännytään taas sääkarttaan ja etsitään sykloni Suomesta. Sen keskusta on merkitty kirjaimella H (matala paine). Oikealla on lämmin rintama; Meren napailma virtaa mannerilmaan, sataa lunta.
Vasemmalla - kylmä rintama: arktinen meri-ilma, joka kiertää sektoria, murtuu lämpimään lounaisvirtaukseen; kapea lumimyrskykaistale. Tämä on jo hyvin kehittynyt sykloni.
Yritetään nyt "ennustaa" syklonin tuleva kohtalo. Se ei ole vaikeaa. Olemmehan jo sanoneet, että kylmä rintama liikkuu nopeammin kuin lämmin. Tämä tarkoittaa, että ajan myötä lämpimän ilman aalto jyrtyy entisestään, syklonisektori kapenee vähitellen ja lopulta molemmat rintamat sulkeutuvat, tapahtuu tukos. Tämä on syklonin kuolema. Ennen tukkeutumista sykloni saattoi "ruokkia" lämmintä ilmamassaa. Kylmien virtojen ja lämpimän sektorin välinen lämpötilaero säilyi. Sykloni eli ja kehittyi. Mutta kun molemmat rintamat ovat sulkeutuneet, syklonin "syöttö" katkeaa. Lämmin ilma nousee ja sykloni alkaa hiipua. Sade hellittää, pilvet vähitellen haihtuvat, tuuli tyyntyy,
paine tasoittuu ja valtavasta syklonista jää pieni pyörrevyöhyke. Kartallamme on sellainen kuoleva sykloni Volgan takana.
Syklonit vaihtelevat kooltaan. Joskus se on pyörretuuli, jonka halkaisija on vain muutama sata kilometriä. Mutta tapahtuu myös, että pyörretuuli vangitsee alueen, jonka halkaisija on jopa 4-5 tuhatta kilometriä - koko mantereen! Valtavien syklonisten pyörteiden keskuksiin voi virrata erilaisia ilmamassoja: lämpimiä ja kosteaa, kylmää ja kuivaa. Siksi taivas syklonin yläpuolella on useimmiten pilvistä ja tuuli on voimakasta, joskus myrskyistä.
Ilmamassojen väliselle rajalle voi muodostua useita aaltoja. Siksi syklonit eivät yleensä kehity yksitellen, vaan sarjassa, neljä tai useampia. Kun edellinen on jo hiipumassa, lämmin kieli on vasta alkamassa venyä jälkimmäisessä. Sykloni elää 5-6 päivää, ja tänä aikana se voi peittää valtavan tilan. Päivän aikana sykloni kulkee keskimäärin noin 800 kilometriä ja joskus jopa 2000 kilometriä.
Syklonit tulevat meille useimmiten lännestä. Tämä johtuu ilmamassojen yleisestä liikkeestä lännestä itään. Voimakkaat syklonit ovat alueellamme hyvin harvinaisia. Pitkä sade tai lumisade, jyrkkä puuskainen tuuli - tämä on tavallinen kuva syklonistamme. Mutta tropiikissa on joskus poikkeuksellisen voimakkaita sykloneja, joissa on voimakkaita kaatosateita ja myrskytuulia. Nämä ovat hurrikaaneja ja taifuuneja.
Tiedämme jo, että kun kahden ilmavirran välinen etulinja laskeutuu, kylmään massaan puristuu lämmin kieli ja näin syntyy sykloni. Mutta etulinja voi painua lämpimän ilman suuntaan. Tässä tapauksessa syntyy pyörre, jolla on täysin erilaiset ominaisuudet kuin sykloni. Sitä kutsutaan antisykloniksi. Tämä ei ole enää ontto, vaan ilmavuori.
Paine tällaisen pyörteen keskellä on korkeampi kuin reunoilla, ja ilma leviää keskeltä pyörteen laitamille. Sen tilalle ilma laskeutuu korkeammista kerroksista. Laskeutuessaan se supistuu, lämpenee ja pilvisyys siitä haihtuu vähitellen. Siksi sää antisyklonissa on yleensä pilvistä ja kuivaa; tasangoilla on kesällä kuuma ja talvella kylmä. Vain antisyklonin laitamilla voi esiintyä sumua ja matalaa kerrospilviä. Koska antisyklonissa paineissa ei ole niin suurta eroa kuin syklonissa, tuulet ovat täällä paljon heikommat. Ne liikkuvat myötäpäivään (kuva 18).
Pyörteen kehittyessä sen yläkerrokset lämpenevät. Tämä on erityisen havaittavissa, kun kylmä kieli on peräisin -
Se leikataan ja pyörretuuli lakkaa "ruokkimasta" kylmää tai kun antisykloni pysähtyy yhteen paikkaan. Silloin sää siellä tasaantuu.
Yleensä antisyklonit ovat hiljaisempia pyörteitä kuin syklonit. Ne liikkuvat hitaammin, noin 500 kilometriä päivässä; usein pysähtyvät ja seisovat yhdellä alueella viikkoja ja jatkavat sitten matkaansa uudelleen. Niiden koko on valtava. Antisykloni peittää usein, varsinkin talvella, koko Euroopan ja osan Aasiasta. Mutta erillisissä syklonisarjoissa voi esiintyä myös pieniä, liikkuvia ja lyhytikäisiä antisykloneja.
Nämä pyörteet tulevat meille yleensä luoteesta, harvemmin lännestä. Sääkartoissa antisyklonien keskukset on merkitty kirjaimella B (korkeapaine).
Etsi antisykloni kartaltamme ja katso kuinka isobaarit sijaitsevat sen keskustan ympärillä.
Nämä ovat ilmakehän pyörteitä. Joka päivä he kulkevat maamme yli. Ne löytyvät mistä tahansa sääkartasta.
Nyt kaikki kartallamme on sinulle jo tuttua, ja voimme siirtyä kirjamme toiseen päänumeroon - sääennusteisiin.