Atmosfēras virpulis, lai izkliedētu mākoņus. Yu.S. Potapovs Rotācijas enerģija. Secinājumi nodaļai

Ļoti bieži slikti laikapstākļi traucē mūsu plāniem, liekot nedēļas nogali pavadīt, sēžot dzīvoklī. Bet ko darīt, ja tiek plānoti lieli svētki, kuros piedalās milzīgs skaits metropoles iedzīvotāju? Šeit palīgā nāk mākoņu izkliedēšana, ko veic varas iestādes, lai radītu labvēlīgus laikapstākļus. Kas ir šī procedūra un kā tā ietekmē vidi?

Pirmie mēģinājumi izkliedēt mākoņus

Mākoņi pirmo reizi tika izkliedēti pagājušā gadsimta 70. gados Padomju Savienībā ar īpašu Tu-16 ciklonu palīdzību. 1990. gadā Goskomgidromet speciālisti izstrādāja veselu metodiku, kas ļauj radīt labvēlīgu

1995. gadā Uzvaras 50. gadadienas svinību laikā tehnika tika izmēģināta Sarkanajā laukumā. Rezultāti atbilda visām cerībām. Kopš tā laika mākoņu izkliedēšana ir izmantota nozīmīgu notikumu laikā. 1998. gadā viņiem izdevās radīt labus laikapstākļus Pasaules jaunatnes spēlēs. Maskavas 850. gadadienas svinības neiztika bez jaunās metodikas līdzdalības.

Pašlaik Krievijas mākoņu pārspīlēšanas pakalpojums tiek uzskatīts par vienu no labākajiem pasaulē. Viņa turpina strādāt un attīstīties.

Mākoņu izkliedes princips

Meteorologiem mākoņu izkliedēšanas procesu sauc par "sēšanu". Tas ietver īpaša reaģenta izsmidzināšanu, uz kura kodoliem koncentrējas mitrums atmosfērā. Pēc tam nokrišņi sasniedz un nokrīt zemē. Tas tiek darīts teritorijās pirms pilsētas teritorijas. Tādējādi lietus pāriet agrāk.

Šī mākoņu izkliedēšanas tehnoloģija ļauj nodrošināt labus laikapstākļus 50 līdz 150 km rādiusā no svētku centra, kas pozitīvi ietekmē svētku norisi un cilvēku noskaņojumu.

Kādus reaģentus izmanto mākoņu izkliedēšanai

Labus laikapstākļus nosaka sudraba jodīds, šķidrā slāpekļa tvaiku kristāli un citas vielas. Sastāvdaļas izvēle ir atkarīga no mākoņu veida.

Sausais ledus tiek izsmidzināts uz zemāk esošā mākoņa slāņa slāņainajām formām. Šis reaģents ir oglekļa dioksīda granulas. To garums ir tikai 2 cm, bet diametrs ir aptuveni 1,5 cm.Sausais ledus tiek izsmidzināts no lidmašīnas no liela augstuma. Kad oglekļa dioksīds nonāk mākonī, tajā esošais mitrums kristalizējas. Pēc tam mākonis izklīst.

Cīņā ar nimbostrāta mākoņiem tiek izmantots šķidrais slāpeklis. Reaģents arī izkliedējas pa mākoņiem, liekot tiem atdzist. Sudraba jodīds tiek izmantots pret spēcīgiem lietus mākoņiem.

Mākoņu izkliedēšana ar cementu, ģipsi vai talku ļauj izvairīties no gubu mākoņu parādīšanās, kas atrodas augstu virs zemes virsmas. Izkliedējot šo vielu pulveri, iespējams panākt gaisa svēršanos, kas novērš mākoņu veidošanos.

Mākoņu izkliedēšanas tehnika

Labu laikapstākļu noteikšanas darbības tiek veiktas, izmantojot īpašu aprīkojumu. Mūsu valstī mākoņu izkliedēšana tiek veikta ar transporta lidmašīnām Il-18, An-12 un An-26, kurām ir nepieciešamais aprīkojums.

Kravas nodalījumos ir sistēmas, kas ļauj izsmidzināt šķidro slāpekli. Daži lidaparāti ir aprīkoti ar ierīcēm patronu izšaušanai ar sudraba savienojumiem. Šādas pistoles ir uzstādītas astes daļā.

Iekārtu apkalpo piloti, kuri ir izgājuši īpašu apmācību. Tie lido 7-8 tūkstošu metru augstumā, kur gaisa temperatūra nepaaugstinās virs -40 °C. Lai izvairītos no saindēšanās ar slāpekli, piloti visa lidojuma laikā ir aizsargtērpos un skābekļa maskās.

Kā mākoņi izklīst

Pirms mākoņu masas izkliedēšanas eksperti pēta atmosfēru. Dažas dienas pirms svinīgā pasākuma gaisa izlūkošana noskaidro situāciju, pēc kuras pati operācija sāk noteikt labus laikapstākļus.

Bieži vien lidmašīnas ar reaģentiem paceļas no Maskavas apgabala. Pacēlušies līdz pietiekamam augstumam, viņi izsmidzina zāļu daļiņas uz mākoņiem, kas koncentrē mitrumu pie tiem. Tas noved pie tā, ka spēcīgi nokrišņi nekavējoties nokrīt virs izsmidzināšanas vietas. Kamēr mākoņi ir virs galvaspilsētas, mitruma krājumi izsīkst.

Mākoņu izkliedēšana, labu laikapstākļu iestāšanās galvaspilsētas iedzīvotājiem sniedz taustāmu labumu. Līdz šim praksē šī tehnoloģija tiek izmantota tikai Krievijā. Tas ir iesaistīts Roshydromet darbībā, saskaņojot visas darbības ar iestādēm.

Mākoņu paātrināšanas efektivitāte

Iepriekš tika teikts, ka viņi sāka izkliedēt mākoņus pat padomju varas laikā. Tad šī tehnika tika plaši izmantota lauksaimniecības vajadzībām. Taču izrādījās, ka tas var kalpot arī sabiedrības labā. Atliek tikai atcerēties olimpiskās spēles, kas notika Maskavā 1980. gadā. Pateicoties speciālistu iejaukšanās, no sliktiem laikapstākļiem izdevās izvairīties.

Pirms dažiem gadiem maskavieši Pilsētas dienas svinībās atkal varēja pārliecināties par mākoņu izkliedēšanas efektivitāti. Meteorologiem izdevās izvest galvaspilsētu no spēcīgās ciklona ietekmes un samazināt nokrišņu intensitāti 3 reizes. Hydromet speciālisti stāstīja, ka ar spēcīgiem mākoņiem tikt galā ir gandrīz neiespējami. Tomēr sinoptiķiem kopā ar pilotiem tas izdevās.

Mākoņu izkliede virs Maskavas vairs nevienu nepārsteidz. Bieži vien labs laiks Uzvaras dienas parādē tiek izveidots, pateicoties meteorologu rīcībai. Šī situācija priecē galvaspilsētas iedzīvotājus, taču ir cilvēki, kuri brīnās, ar ko šāda iejaukšanās atmosfērā varētu draudēt. Ko par to saka Hydromet eksperti?

Mākoņu izkliedes sekas

Meteorologi uzskata, ka runām par mākoņu izkliedēšanas draudiem nav pamata. Vides monitoringa eksperti apgalvo, ka virs mākoņiem izsmidzinātās ķimikālijas ir videi draudzīgas un nevar kaitēt atmosfērai.

Migmārs Pinigins, kurš ir pētniecības institūta laboratorijas vadītājs, apgalvo, ka šķidrais slāpeklis nerada bīstamību gan cilvēku veselībai, gan videi. Tas pats attiecas uz granulētu oglekļa dioksīdu. Atmosfērā lielos daudzumos ir atrodams gan slāpeklis, gan oglekļa dioksīds.

Cementa pulvera izsmidzināšana arī nedraud nekādas sekas. Mākoņu izkliedēšanā tiek izmantota minimālā vielas daļa, kas nespēj piesārņot zemes virsmu.

Meteorologi apgalvo, ka reaģents atmosfērā atrodas nepilnu diennakti. Pēc tam, kad tas nonāk mākoņu masā, nokrišņi to pilnībā izskalo.

Mākoņu izkliedes pretinieki

Neskatoties uz meteorologu apliecinājumiem, ka reaģenti ir absolūti droši, šai tehnikai ir pretinieki. Vides speciālisti no Ecodefense saka, ka piespiedu labu laika apstākļu noteikšana izraisa spēcīgas lietusgāzes, kas sākas pēc mākoņu izkliedēšanas.

Ekologi uzskata, ka varas iestādēm jābeidz iejaukties dabas likumos, pretējā gadījumā tas var novest pie neparedzamām sekām. Viņuprāt, ir pāragri izdarīt secinājumus par to, ar kādām darbībām mākoņu izkliedēšanā ir daudz, taču tās noteikti neko labu nenesīs.

Meteorologi mierina, ka mākoņu izkliedes negatīvās sekas ir tikai pieņēmumi. Lai izteiktu šādus apgalvojumus, rūpīgi jāizmēra aerosola koncentrācija atmosfērā un aerosola veids. Kamēr tas nav izdarīts, vides aizstāvju apgalvojumus var uzskatīt par nepamatotiem.

Neapšaubāmi, mākoņu izkliede pozitīvi ietekmē vērienīgus brīvdabas pasākumus. Taču par to priecājas tikai galvaspilsētas iedzīvotāji. Tuvējo teritoriju iedzīvotāji ir spiesti uzņemties stihiju smagumu. Debates par labu laikapstākļu tehnoloģiju ieguvumiem un kaitējumu turpinās līdz pat šai dienai, taču līdz šim zinātnieki nav nonākuši pie saprātīgiem secinājumiem.

Aktīva ietekme uz laikapstākļiem - cilvēka iejaukšanās atmosfēras procesu norisē, īslaicīgi mainot noteiktas fizikālās vai ķīmiskās īpašības kādā atmosfēras daļā ar tehniskiem līdzekļiem. Tas ietver lietus vai sniega nokrišņus no mākoņiem, krusas novēršanu, mākoņu un miglas izkliedi, sarmu vājināšanu vai likvidēšanu zemes gaisa slānī utt.

Cilvēks jau kopš seniem laikiem ir centies mainīt laikapstākļus, taču tikai 20. gadsimtā tika izstrādātas īpašas atmosfēras ietekmēšanas tehnoloģijas, kas izraisa laika apstākļu izmaiņas.

Mākoņu sēšana ir visizplatītākais veids, kā mainīt laikapstākļus; to izmanto vai nu lietus radīšanai sausās vietās, vai krusas iespējamības mazināšanai – izraisot lietu, pirms mākoņos esošais mitrums pārvēršas krusā, vai arī lai samazinātu nokrišņu daudzumu.

Materiāls sagatavots, pamatojoties uz informāciju no RIA Novosti un atklātajiem avotiem

Tornado (vai tornado) ir atmosfēras virpulis, kas rodas gubu (pērkona negaisa) mākonī un izplatās uz leju, bieži vien līdz pašai zemes virsmai, mākoņa piedurknes vai stumbra veidā ar diametru desmitiem un simtiem metru . Dažreiz viesulis, kas veidojas jūrā, tiek saukts par viesuļvētru, bet uz sauszemes to sauc par viesuļvētru. Atmosfēras viesuļvētrus, kas līdzīgi viesuļvētrām, bet izveidojušies Eiropā, sauc par asins recekļiem. Bet biežāk visi šie trīs jēdzieni tiek uzskatīti par sinonīmiem. Tornado forma var būt dažāda - kolonna, konuss, stikls, muca, pātagai līdzīga virve, smilšu pulkstenis, "velna" ragi utt., bet, visbiežāk, tornado ir formas forma. rotējošs stumbrs, caurule vai piltuve, kas karājas no mātes mākoņa. Parasti tornado piltuves šķērseniskais diametrs apakšējā daļā ir 300-400 m, lai gan, ja viesuļvētra pieskaras ūdens virsmai, šī vērtība var būt tikai 20-30 m, un, piltuvei šķērsojot zemi, tas var sasniegt 1,5 -3 km. Piltuves iekšpusē gaiss nolaižas, bet ārpusē tas paceļas, strauji griežoties, veidojot ļoti reta gaisa zonu. Retums ir tik nozīmīgs, ka slēgti ar gāzi pildīti objekti, tostarp ēkas, spiediena starpības dēļ var eksplodēt no iekšpuses. Gaisa kustības ātruma noteikšana piltuvē joprojām ir nopietna problēma. Būtībā šī daudzuma aplēses ir zināmas no netiešiem novērojumiem. Atkarībā no virpuļa intensitātes plūsmas ātrums tajā var mainīties. Tiek uzskatīts, ka tas pārsniedz 18 m / s un saskaņā ar dažiem netiešiem aprēķiniem var sasniegt 1300 km / h. Tornado pats pārvietojas kopā ar mākoni, kas to rada. Tipiska viesuļvētra ar rādiusu 1 km un vidējo ātrumu 70 m/s enerģija ir vienāda ar standarta atombumbas enerģiju 20 kilotonu trotila, kas ir līdzīga pirmajai atombumbai, ko ASV uzspridzināja ASV. Trīsvienības tests Ņūmeksikā 1945. gada 16. jūlijā. Ziemeļu puslodē gaisa rotācija tornado notiek, kā likums, pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Tornado veidošanās iemesli līdz šim nav pilnībā izpētīti. Ir iespējams norādīt tikai kādu vispārīgu informāciju, kas ir raksturīgākā tipiskajiem viesuļvētrām. Tornado bieži veidojas troposfēras frontēs – saskarnes atmosfēras apakšējā 10 km slānī, kas atdala gaisa masas ar dažādu vēja ātrumu, temperatūru un gaisa mitrumu. Tornado savā attīstībā iziet trīs galvenos posmus. Sākotnējā posmā no negaisa mākoņa parādās sākotnējā piltuve, kas karājas virs zemes. Aukstie gaisa slāņi tieši zem mākoņa steidzas uz leju, lai aizstātu siltos, kas savukārt paceļas uz augšu. (šāda nestabila sistēma parasti veidojas, kad savienojas divas atmosfēras frontes - silta un auksta). Šīs sistēmas potenciālā enerģija tiek pārvērsta gaisa rotācijas kustības kinētiskajā enerģijā. Šīs kustības ātrums palielinās, un tas iegūst klasisko formu. Rotācijas ātrums ar laiku palielinās, savukārt tornado centrā gaiss sāk intensīvi celties augšup. Tā norisinās tornado pastāvēšanas otrais posms - izveidotā maksimālās jaudas virpuļa posms. Tornado ir pilnībā izveidojies un pārvietojas dažādos virzienos. Pēdējais posms ir virpuļa iznīcināšana. Tornado spēks vājinās, piltuve sašaurinās un atraujas no zemes virsmas, pakāpeniski paceļoties atpakaļ mākonī. Kas notiek tornado iekšienē? 1930. gadā kāds Kanzasas fermeris, gatavojoties doties lejā uz pagrabu, pēkšņi ieraudzīja viesuļvētru, kas virzās viņa virzienā. Nebija kur iet, un vīrietis ielēca pagrabā. Un te viņam neticami paveicās – viesuļvētra pēda pēkšņi atrāvās no zemes un pārslīdēja pāri laimīgajam galvai. Vēlāk, kad zemnieks nāca pie prāta, viņš redzēto aprakstīja šādi: “Piltuves lielais pinkainais gals karājās tieši man virs galvas. Viss apkārt bija nekustīgs. No piltuves atskanēja šņukstoša skaņa. Es pacēlu skatienu un ieraudzīju pašu tornado sirdi. Tās vidū atradās 30-70 metru diametra dobums, kas iet uz augšu apmēram kilometru. Dobuma sienas veidoja rotējoši mākoņi, un pašu dobumu apgaismoja nepārtraukts zibens spožums, zigzaga lēkšana no vienas sienas uz otru ... ". Šeit ir vēl viens līdzīgs gadījums. 1951. gadā Teksasā tornado, kas tuvojās cilvēkam, atrāvās no zemes un pacēlās sešus metrus virs viņa galvas. Pēc liecinieka teiktā, iekšējās dobuma platums bijis aptuveni 130 metru, sienu biezums – aptuveni 3 metri. Un dobumā caurspīdīgs mākonis spīdēja ar zilu gaismu. Saglabājušās ne mazums liecinieku liecību, kas apgalvo, ka atsevišķos brīžos visa tornado kolonnas virsma sākusi mirdzēt ar dīvainu dzelteno toņu mirdzumu. Tornado rada arī spēcīgus elektromagnētiskos laukus, un tos pavada zibens. Lodveida zibens tornado tika novērots atkārtoti. Tornado tiek novērotas ne tikai gaismas bumbiņas, bet arī gaismas mākoņi, plankumi, rotējošas svītras un dažreiz gredzeni. Acīmredzot tornado iekšpuses spīdēšana ir saistīta ar dažādu formu un izmēru nemierīgiem virpuļiem. Dažreiz viss viesuļvētra spīd dzeltenā krāsā. Tornado bieži attīstās milzīgas stiprības straumes. Tos izlādē neskaitāmi zibeni (parasti un lodveida) vai izraisa gaismas plazmas parādīšanos, kas pārklāj visu viesuļvētras virsmu un aizdedzina tajā iekritušos priekšmetus. Pazīstamais pētnieks Kamils ​​Flammarions, izpētījis 119 viesuļvētrus, nonācis pie secinājuma, ka 70 gadījumos elektrības klātbūtne tajos bija neapšaubāma, un 49 gadījumos "elektrības tajos nav bijis vai vismaz nebija. izpausties." Plazmas īpašības, kas dažkārt apņem viesuļvētrus, ir daudz mazāk zināmas. Neapstrīdams, ka daži objekti iznīcināšanas zonas tuvumā izrādās sadeguši, pārogļojušies vai izžuvuši. K. Flammarions rakstīja, ka tornado, kas 1839. gadā izpostīja Šetniju (Francija) "... apdedzināja kokus, kas atradās tā celiņa malās, un tie, kas stāvēja uz pašas takas, tika izravēti. Virpulis iedarbojās tikai uz apdegušajiem kokiem vienā pusē, uz kuras visas lapas un zari ne tikai dzeltēja, bet arī izžuva, savukārt otra puse palika neskarta un zaļoja kā agrāk. Pēc viesuļvētra, kas 1904. gadā izraisīja postījumus Maskavā, daudzi kritušie koki tika smagi sadedzināti. Izrādās, gaisa virpuļi nav tikai gaisa rotācija ap noteiktu asi. Tas ir sarežģīts enerģijas process. Gadās, ka cilvēki, kurus viesuļvētra neskar, bez redzama iemesla krīt miruši. Acīmredzot šajos gadījumos cilvēkus nogalina augstfrekvences strāvas. To apliecina fakts, ka izdzīvojušajās mājās sabojājas rozetes, uztvērēji un citas ierīces, pulkstenis sāk iet greizi. Lielākais viesuļvētru skaits reģistrēts Ziemeļamerikas kontinentā, īpaši ASV centrālajos štatos (ir pat tāds termins – Tornado aleja. Tas ir Centrālamerikas štatu vēsturiskais nosaukums, kuros ir vislielākais viesuļvētru skaits novērots), mazāk - ASV austrumu štatos. Dienvidos, Floridakīsā, no maija līdz oktobra vidum gandrīz katru dienu no jūras parādās viesuļvētras, par ko šī teritorija ir ieguvusi iesauku "ūdensspīļu zeme". 1969. gadā šeit tika reģistrēti 395 šādi virpuļi. Otrs zemeslodes reģions, kurā rodas apstākļi viesuļvētru veidošanās, ir Eiropa (izņemot Ibērijas pussalu) un visa Krievijas Eiropas teritorija. Tornado klasifikācija Whip-like Šis ir visizplatītākais viesuļvētru veids. Piltuve izskatās gluda, plāna un var būt diezgan līkumota. Piltuves garums ievērojami pārsniedz tās rādiusu. Vāji virpuļi un virpuļi, kas nolaižas uz ūdens, parasti ir pātagai līdzīgi viesuļi. Izplūdis Parādās kā pinkaini, rotējoši mākoņi, kas sasniedz zemi. Dažreiz šāda tornado diametrs pat pārsniedz tā augstumu. Visi liela diametra (vairāk nekā 0,5 km) krāteri ir neskaidri. Parasti tie ir ļoti spēcīgi viesuļi, bieži vien salikti. Lielo izmēru un ļoti lielā vēja ātruma dēļ tie rada milzīgus postījumus. Kompozīts Var sastāvēt no diviem vai vairākiem atsevišķiem asins recekļiem ap galveno centrālo tornado. Šādiem tornado var būt gandrīz jebkura jauda, ​​tomēr visbiežāk tie ir ļoti spēcīgi tornado. Tie rada ievērojamu kaitējumu plašās teritorijās. Ugunīgi Tie ir parasti viesuļvētras, ko rada mākonis, kas izveidojies spēcīga ugunsgrēka vai vulkāna izvirduma rezultātā. Lai raksturotu viesuļvētru spēku ASV, ir izstrādāta Fudžitas-Pīrsona skala, kas sastāv no 7 kategorijām, un nulles (vājākais) vēja stiprums sakrīt ar viesuļvētras vēju pēc Boforta skalas. Boforta skala ir divpadsmit punktu skala, ko pieņēmusi Pasaules Meteoroloģijas organizācija, lai aptuvenu novērtētu vēja ātrumu pēc tā ietekmes uz zemes objektiem vai viļņiem atklātā jūrā. Aprēķināts no 0 - mierīgs līdz 12 - viesuļvētra. Tornado ar šausmīgu spēku plosās pār pilsētām, noslaukot tās no Zemes virsas kopā ar simtiem iedzīvotāju. Dažreiz šī dabiskā elementa spēcīgais iznīcinošais spēks tiek pastiprināts tāpēc, ka vairāki viesuļvētras apvienojas un uzbrūk vienlaikus. Teritorija pēc viesuļvētra ir kā kaujas lauks pēc briesmīgas bombardēšanas. Piemēram, 1879. gada 30. maijā divi tornado, kas sekoja viens pēc otra ar 20 minūšu intervālu, iznīcināja provinces pilsētu Ērvingu ar 300 iedzīvotājiem Kanzasas ziemeļos. Ar Ērvingas viesuļvētru ir saistīts viens no pārliecinošākajiem pierādījumiem par viesuļvētru milzīgo spēku: 75 m garš tērauda tilts pāri Big Blue River tika pacelts gaisā un savīts kā virve. Tilta paliekas bija kļuvušas par blīvu, kompaktu tērauda starpsienu, kopņu un virvju kūlīti, saplēstas un savītas visfantastiskākajā veidā. Tas pats tornado gāja cauri Frīmena ezeram. Viņš norāva četrus dzelzceļa tilta posmus no betona balstiem, pacēla tos gaisā, vilka apmēram četrdesmit pēdas un iemeta ezerā. Katrs svēra simts piecpadsmit tonnas! Es domāju, ka ar to pietiek

Sestā nodaļa
GĀZU UN ŠĶIDRUMU VIEPURU KUSTĪBA

6.1. Atmosfēras virpuļu mīklas

Mēs visur nodarbojamies ar gāzu un šķidrumu virpuļkustību. Lielākie virpuļi uz Zemes ir atmosfēras cikloni, kas kopā ar anticikloniem ir zemes atmosfēras paaugstināta spiediena zonas, kuras neuztver virpuļu kustība, nosaka laika apstākļus uz planētas. Ciklonu diametrs sasniedz tūkstošiem kilometru. Gaiss ciklonā veic sarežģītu trīsdimensiju spirāles kustību. Ziemeļu puslodē cikloni, tāpat kā ūdens, kas plūst no vannas caurulē, griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam (skatoties no augšas), dienvidu puslodē - pulksteņrādītāja virzienā, pateicoties Koriolisa spēku iedarbībai no Zemes rotācijas.
Ciklona centrā gaisa spiediens ir daudz zemāks nekā tā perifērijā, kas izskaidrojams ar centrbēdzes spēku darbību ciklona rotācijas laikā.
Vidējo platuma grādos atmosfēras frontes izliekuma vietās cēlies vidējo platuma ciklons, virzoties galvenokārt uz ziemeļiem, pamazām veidojas arvien stabilākā un spēcīgākā veidojumā, kur tas nes siltu gaisu no dienvidiem. Topošais ciklons sākumā uztver tikai apakšējos, virspusējos gaisa slāņus, kas ir labi uzsiluši. Virpulis aug no apakšas uz augšu. Ciklonam tālāk attīstoties, gaisa ieplūšana tajā joprojām notiek zemes virsmas tuvumā. Paceļoties augšā ciklona centrālajā daļā, šis siltais gaiss atstāj izveidoto ciklonu 6-8 km augstumā. Ūdens tvaiki, kas tajā atrodas tādā augstumā, kur valda aukstums, kondensējas, kas izraisa mākoņu veidošanos un nokrišņus.
Šāda ciklona attīstības aina, ko šodien atzīst meteorologi visā pasaulē, ir veiksmīgi modelēta 70. gados PSRS radītajās meteotronu instalācijās lietus izraisīšanai un veiksmīgi pārbaudītas Armēnijā. Turboreaktīvie dzinēji, kas uzstādīti uz zemes, radīja virpuļojošu karstā gaisa plūsmu, kas pacēlās augšup. Pēc kāda laika virs šīs vietas piedzima mākonis, kas pamazām pārauga mākonī, kas lija lietus.
Tropu cikloni, kurus Klusajā okeānā sauc par taifūniem un Atlantijas okeānā par viesuļvētrām, uzvedas daudz savādāk nekā lēni vidējo platuma cikloni. To diametrs ir daudz mazāks (100-300 km) nekā vidējiem platuma grādiem, taču tie atšķiras ar lieliem spiediena gradientiem, ļoti spēcīgiem vējiem (līdz 50 un pat 100 m/s) un stiprām lietusgāzēm.
Tropu cikloni rodas tikai virs okeāna, visbiežāk no 5 līdz 25 ° ziemeļu platuma grādiem. Tuvāk ekvatoram, kur novirzošie Koriolisa spēki ir nelieli, tie netiek ražoti, kas pierāda Koriolisa spēku lomu ciklonu veidošanā.
Virzoties vispirms uz rietumiem un tad uz ziemeļiem vai ziemeļaustrumiem, tropiskie cikloni pamazām pārvēršas parastos, bet ļoti dziļos ciklonos. Nokļūstot no okeāna uz sauszemi, tie ātri pazūd virs tā. Tātad okeāna mitrums viņu dzīvē spēlē milzīgu lomu, kas, kondensējoties augšupejošā virpuļa gaisa plūsmā, izdala milzīgu daudzumu latenta iztvaikošanas siltuma. Pēdējais silda gaisu un palielina tā pacelšanos, kas izraisa spēcīgu atmosfēras spiediena pazemināšanos, kad tuvojas taifūns vai viesuļvētra.

Rīsi. 6.1. Milzīgs atmosfēras taifūns (skats no kosmosa)

Šiem milzu niknajiem viesuļiem ir divas noslēpumainas iezīmes. Pirmkārt, tie reti parādās dienvidu puslodē. Otrais ir šāda veidojuma "vētras acs" klātbūtne - zona ar diametru 15-30 km, ko raksturo mierīgas un skaidras debesis.
Lai redzētu, ka taifūns un vēl jo vairāk vidējo platuma ciklons ir viesulis, to milzīgo diametru dēļ ir iespējams tikai no kosmiskā augstuma. Astronautu uzņemtās virpuļojošo mākoņu ķēžu fotogrāfijas ir iespaidīgas. Bet zemes novērotājam visredzamākais atmosfēras virpuļa veids apskatei ir tornado. Tās rotācijas kolonnas diametrs, kas stiepjas pret mākoņiem, tievākajā vietā ir 300-1000 m virs sauszemes un tikai desmitiem metru virs jūras. Ziemeļamerikā, kur viesuļvētras parādās daudz biežāk nekā Eiropā (līdz 200 gadā), tos sauc par tornado. Tur to izcelsme galvenokārt ir virs jūras un dusmojas, atrodoties virs zemes.
Attēlā redzams šāds viesuļvētra dzimšanas attēls: "1979. gada 30. maijā pulksten 4 pēcpusdienā Kanzasas ziemeļos satikās divi melni un blīvi mākoņi. 15 minūtes pēc sadursmes un saplūda vienā. mākonis, no tā apakšējās virsmas izauga piltuve. Ātri izstiepjoties, tas ieguva milzīga stumbra formu, sasniedza zemi un trīs stundas kā gigantiska čūska spēlēja trikus pa štatu, sagraujot un iznīcinot visu, kas tam nāca pāri. - mājas, saimniecības, skolas ... "
Šis viesulis no akmens buļļiem norāvis 75 metrus garo dzelzsbetona tiltu, sasēja to mezglā un iemeta upē. Speciālisti vēlāk aprēķināja, ka, lai to paveiktu, gaisa plūsmai bija jābūt virsskaņas ātrumam.
Tas, ko gaiss dara tornado tādā ātrumā, mulsina cilvēkus. Tātad tornado izkliedētās skaidas viegli iekļūst dēļos un koku stumbros. Tajā teikts, ka tornado notvertais metāla pods tika apgriezts otrādi, nesalaužot metālu. Šādas viltības skaidrojamas ar to, ka metāla deformācija šajā gadījumā veikta bez stingra balsta, kas varētu sabojāt metālu, jo objekts atradies gaisā.

Rīsi. 6.2. Tornado fotogrāfija.

Tornado nebūt nav reta dabas parādība, lai gan tie parādās tikai ziemeļu puslodē, tāpēc par tiem ir uzkrāts daudz novērojumu datu. Tornado piltuves ("stumbra") dobumu ieskauj gaisa "sienas", kas izmisīgi griežas pa spirāli pretēji pulksteņrādītāja virzienam (kā taifūnā) (skat. 6.3. att.) Šeit gaisa ātrums sasniedz 200-300 jaunkundze. Tā kā statiskais spiediens tajā samazinās, palielinoties gāzes ātrumam, tornado "sienas" iesūc pie zemes virsmas uzkarsēto gaisu un līdz ar to arī priekšmetus, kas saskaras, piemēram, putekļsūcēju.
Visi šie objekti paceļas augšā, dažreiz līdz pat mākonim, pret kuru balstās viesulis.

Tornado celšanas spēks ir ļoti liels. Tātad viņi lielos attālumos pārvadā ne tikai mazus priekšmetus, bet dažreiz arī mājlopus un cilvēkus. 1959. gada 18. augustā Minskas apgabalā viesulis zirgu pacēla ievērojamā augstumā un aiznesa. Dzīvnieka līķis tika atrasts tikai pusotra kilometra attālumā. 1920. gadā Kanzasas štatā viesuļvētra iznīcināja skolu un pacēla gaisā skolotāju ar veselu skolēnu klasi kopā ar viņu galdiem. Pēc dažām minūtēm viņi visi kopā ar skolas atlūzām tika nolaisti zemē. Lielākā daļa bērnu un skolotāja palika dzīvi un neskarti, bet 13 cilvēki gāja bojā.
Ir daudz gadījumu, kad viesuļvētras cilvēkus paceļ un pārnēsā ievērojamos attālumos, pēc tam tie paliek neskarti. Paradoksālākais no tiem ir aprakstīts: tornado Mitiščos netālu no Maskavas ielidoja zemnieces Selezņevas ģimenē. Iemetis grāvī sievieti, vecāko dēlu un mazuli, viņš aiznesa vidējo dēlu Petju. Viņš tika atrasts tikai nākamajā dienā Maskavas Sokoļņiku parkā. Zēns bija dzīvs un vesels, taču nobijies līdz nāvei. Pats dīvainākais šeit ir tas, ka Sokolniki atrodas no Mitiščiem nevis tajā virzienā, kur virzījās viesuļvētra, bet gan pretējā virzienā. Izrādās, ka zēns pārvests nevis tornado gaitā, bet gan pretējā virzienā, kur viss jau sen bija norimis! Vai arī viņš ceļoja atpakaļ laikā?
Šķiet, ka objektus tornado vajadzētu nest spēcīgam vējam. Bet 1953. gada 23. AVP/100 Rostovā viesuļvētra laikā spēcīga vēja brāzma atvērusi mājai logus un durvis. Tajā pašā laikā modinātājs, kas atradās uz kumodes, izlidoja pa trim durvīm, virtuvi, koridoru un uzlidoja uz mājas bēniņiem. Kādi spēki viņu virzīja? Galu galā ēka palika neskarta, un vējam, kas spēj šādi nest modinātāju, bija pilnībā jānojauc ēka, kuras vējš ir daudz lielāks nekā modinātājam.
Un kāpēc tornado, paceļot mazu priekšmetu kaudzes tieši līdz mākoņiem, nolaiž tos ievērojamā attālumā gandrīz kā sakrautus, nevis izklīstot, bet it kā izlienot no piedurknēm?
Nesaraujamā saikne ar sākotnējo negaisa mākoni ir raksturīga atšķirība starp tornado un citām atmosfēras virpuļu kustībām. Vai nu tāpēc, ka no negaisa mākoņa gar tornado "stumbru" uz zemi plūst milzīgas elektriskās strāvas, vai arī tāpēc, ka viesuļvētras viesuļvētrā putekļus un ūdens pilienus spēcīgi elektrizē berze, bet viesuļvētras pavada augsts elektriskās strāvas līmenis. aktivitāte. "Stumbra" dobumu no sienas līdz sienai pastāvīgi caurdur elektriskās izlādes. Bieži vien tas pat spīd.
Bet tornado "stumbra" dobumā gaisa virpuļveida kustība ir novājināta un biežāk tiek virzīta nevis no apakšas uz augšu, bet no augšas uz leju * (* Tomēr tajā teikts, ka tornado "stumbra" dobumā gaiss virzās no apakšas uz augšu, bet tā sienās - no augšas uz leju.). Ir gadījumi, kad šāda lejupejoša plūsma tornado iekšienē kļuva tik spēcīga, ka iespieda augsnē priekšmetus (skat. 6.3. att.). Tā kā tornado iekšējā dobumā nav intensīvas rotācijas, tas šajā ziņā ir līdzīgs taifūnam. Jā, un "vētras acs" tornado pastāv, pirms tā no mākoņa sasniedz zemi. Lūk, kā to poētiski apraksta J. Maslovs: "Pērkona mākonī pēkšņi parādās" acs ", proti, "acs", ar mirušu, nedzīvu zīlīti. Sajūta ir tāda, ka viņš skatās medībā. Viņš to pamanīja. tas ar kurjera vilciena rūkoņu un ātrumu metas zemē, atstājot aiz sevis garu, labi saskatāmu taku - asti.
Speciālistus jau sen interesē jautājums par tās patiesi neizsīkstošās enerģijas avotiem, kas ir viesu rīcībā un vēl jo vairāk taifūnu rīcībā. Ir skaidrs, ka milzīgu mitra gaisa masu siltumenerģija galu galā tiek pārvērsta gaisa kustības enerģijā atmosfēras virpulī. Bet kas liek tam koncentrēties tik mazos apjomos kā viesuļvētra ķermenis? Un vai šāda spontāna enerģijas koncentrācija nav pretrunā ar otro termodinamikas likumu, kas nosaka, ka siltumenerģija var izkliedēties tikai spontāni?
Par šo tēmu ir daudz hipotēžu, taču skaidras atbildes joprojām nav.
Izpētot gāzes virpuļu enerģiju, V. A. Atsukovskis raksta, ka "gāzes virpuļa ķermeni virpuļa veidošanās procesā saspiež vide". To apliecina fakts, ka tornado "stumbrs" ir plānāks par tā pamatni, kur berze pret zemi neļauj tam attīstīt lielu rotācijas ātrumu. Virpuļa ķermeņa saspiešana ar vides spiedienu izraisa tā griešanās ātruma palielināšanos impulsa saglabāšanas likuma rezultātā. Un, palielinoties gāzes ātrumam virpulī, statiskais spiediens tajā samazinās vēl vairāk. No tā izriet, secina Atsjukovskis, ka virpulī tiek koncentrēta vides enerģija, un šis process būtiski atšķiras no citiem, ko pavada enerģijas izkliedēšana vidē.
Tieši šeit kustības teorija varētu glābt otro termodinamikas likumu, ja būtu iespējams atklāt, ka gāzes virpuļi izstaro enerģiju ievērojamos daudzumos. Ņemot vērā 4.4. sadaļā teikto, kustības teorija nosaka, ka, kad gaiss griežas viesuļvētra vai taifūnā, tie izstaro ne mazāk enerģijas, nekā patērē gaisa griešanai. Un caur viesuļvētru un vēl jo vairāk taifūnu tā pastāvēšanas laikā iziet milzīgas gaisa masas, kas griežas.
Šķiet, ka mitram gaisam ir vieglāk izmest "papildu" masas enerģiju bez izstarošanas. Faktiski pēc mitruma kondensācijas, kad atmosfēras virpulis to paceļ lielā augstumā, lietus lāses atstāj virpuli, un tāpēc tā masa samazinās. Bet virpuļa siltumenerģija no tā ne tikai nesamazinās, bet, gluži pretēji, palielinās, jo ūdens kondensācijas laikā izdalās latentais iztvaikošanas siltums. Tas noved pie kustības ātruma palielināšanās virpulī gan gaisa pacelšanās ātruma palielināšanās dēļ, gan griešanās ātruma palielināšanās dēļ, kad virpuļa ķermenis tiek saspiests. Turklāt ūdens pilienu masas noņemšana no virpuļa neizraisa rotācijas sistēmas saistīšanas enerģijas palielināšanos un masas defekta palielināšanos atlikušajā virpulī. Sistēmas saistīšanas enerģija palielinātos (un līdz ar to palielinātos arī sistēmas stabilitāte), ja sistēmas griešanās paātrinājuma laikā no tās tiktu izņemta daļa no sistēmas iekšējās enerģijas - siltuma. Un siltumu visvieglāk noņemt ar starojumu.
Acīmredzot nevienam nav ienācis prātā mēģināt reģistrēt viesuļvētru un taifūnu tepe (infrasarkano un mikroviļņu) starojumu. Varbūt tas pastāv, bet mēs vienkārši to vēl nezinām. Taču daudzi cilvēki un dzīvnieki jūt viesuļvētras tuvošanos arī atrodoties iekštelpās un neskatoties debesīs. Un domāju, ka ne tikai atmosfēras spiediena krituma dēļ, kas liek vārnām kurkst no sāpēm kaulos, kuros ir tukšumi. Cilvēki jūt kaut ko citu, daži biedējoši, citi aizraujoši. Varbūt tas ir vērpes starojums, kam no tornado un taifūna vajadzētu būt ļoti intensīvam?
Būtu interesanti lūgt astronautiem uzņemt taifūnu infrasarkanās fotogrāfijas no kosmosa augstuma. Šķiet, ka šādas fotogrāfijas varētu mums pastāstīt daudz jauna.
Taču šādas lielākās ciklona fotogrāfijas Saules sistēmas planētu atmosfērās, lai arī ne infrasarkanajos staros, jau sen ir uzņemtas no kosmiskā augstuma. Tās ir Jupitera Lielā Sarkanā plankuma fotogrāfijas, kas, kā atklājās 1979. gadā no amerikāņu kosmosa kuģa Voyager 1 uzņemto fotogrāfiju pētījumi, ir milzīgs, pastāvīgi pastāvošs ciklons spēcīgajā Jupitera atmosfērā (6. 4. att.) . Šī ciklopa ciklopa-taifūna "vētras acs" ar izmēriem 40x13 tūkstoši km spīd pat redzamās gaismas diapazonā ar draudīgu sarkanu krāsu, no kuras arī cēlies tā nosaukums.

Rīsi. 6.4. Jupitera lielais sarkanais plankums (SR) un vietas apkārtne ("Voyager 1", 1979).

6.2. Vortex Ranke efekts

Pētot cikliskos separatorus gāzes attīrīšanai no putekļiem, franču metalurģijas inženieris J. Ranke 20.gadsimta 20.gadu beigās atklāja neparastu parādību: strūklas centrā gāzei, kas iziet no ciklona, ​​bija zemāka temperatūra nekā sākotnējā. Jau 1931. gada beigās Ranke saņēma pirmo patentu ierīcei, ko viņš nosauca par "virpuļvadu" (VT), kurā saspiestā gaisa plūsma ir sadalīta divās plūsmās - aukstā un karstā. Drīz viņš patentē šo izgudrojumu citās valstīs.
1933. gadā Ranke sniedza ziņojumu Francijas Fizikas biedrībai par viņa atklāto fenomenu, kas saistīts ar saspiestās gāzes atdalīšanu BT. Taču zinātnieku aprindās viņa vēstījumu uzņēma neuzticība, jo neviens nevarēja izskaidrot šī procesa fiziku. Galu galā zinātnieki diezgan īsi pirms tam saprata fantastiskās idejas par "Maksvela dēmonu" neīstenojamību, kuram, lai siltu gāzi sadalītu karstajā un aukstajā, no tvertnes ar gāzi caur mikrocaurumu bija jāizlaiž ātras gāzes molekulas. un nelaiž vaļā lēnos. Visi nolēma, ka tas ir pretrunā otrajam termodinamikas likumam un pieaugošās entropijas likumam.

Rīsi. 6.5. Vortex caurule Ranke.

Vairāk nekā 20 gadus Rankes atklājums tika ignorēts. Un tikai 1946. gadā vācu fiziķis R. Hilšs publicēja darbu par VT eksperimentālajiem pētījumiem, kurā sniedza ieteikumus šādu ierīču projektēšanai. Kopš tā laika tās dažkārt dēvē par Ranke-Hilsch caurulēm.
Bet tālajā 1937. gadā padomju zinātnieks K. Strahovičs stāstīja, nezinot par Rankes eksperimentiem, lekciju kursā par lietišķo gāzu dinamiku teorētiski pierādījis, ka rotējošās gāzes plūsmās ir jārodas temperatūras atšķirībām. Taču tikai pēc Otrā pasaules kara PSRS, tāpat kā daudzās citās valstīs, sākās plaša virpuļa efekta izmantošana. Jāatzīmē, ka padomju pētnieki šajā virzienā līdz 70. gadu sākumam pārņēma pasaules vadību. Pārskats par dažiem padomju darbiem par VT ir sniegts, piemēram, grāmatā, no kuras mēs esam aizņēmušies gan iepriekš minēto šajā sadaļā, gan daudz no tā, kas tajā teikts tālāk.
Rankes virpuļcaurulē, kuras diagramma parādīta att. 6.5, cilindriska caurule 1 vienā galā savienota ar spirālveida 2, kas beidzas ar taisnstūra šķērsgriezuma sprauslas ieeju, kas nodrošina saspiestas darba gāzes padevi caurulē tangenciāli tās iekšējās virsmas apkārtmēram. No otra gala spirāli noslēdz diafragma 3 ar caurumu centrā, kuras diametrs ir ievērojami mazāks par caurules 1 iekšējo diametru. Caur šo caurumu no caurules 1 izplūst auksta gāzes plūsma, kas virpuļveida kustības laikā caurulē 1 tiek sadalīta aukstajā (centrālajā) un karstajā (perifērajā) daļās. Karstā plūsmas daļa, kas atrodas blakus caurules 1 iekšējai virsmai, griežas, virzās uz caurules 1 tālāko galu un atstāj to caur gredzenveida spraugu starp tās malu un regulēšanas konusu 4.
B paskaidro, ka jebkurai kustīgai gāzes (vai šķidruma) plūsmai, kā zināms, ir divas temperatūras: termodinamiskā (saukta arī par statisko) T, ko nosaka gāzes molekulu termiskās kustības enerģija (šo temperatūru mēra ar termometru, kas kustas kopā ar gāzes plūsma ar tādu pašu ātrumu V, kas ir plūsma) un stagnācijas temperatūra T0, ko mēra ar stacionāru termometru, kas novietots plūsmas ceļā. Šīs temperatūras ir saistītas ar attiecību

(6.1)

kur C ir gāzes īpatnējā siltumietilpība. Otrais termins (6.1) apraksta temperatūras paaugstināšanos, ko izraisa gāzes plūsmas palēninājums termometrā. Ja stagnācija tiek veikta ne tikai mērīšanas punktā, bet arī visā plūsmas posmā, tad visa gāze tiek uzkarsēta līdz stagnācijas temperatūrai T0. Šajā gadījumā plūsmas kinētiskā enerģija tiek pārvērsta siltumā.
Pārveidojot formulu (6.1), iegūstam izteiksmi

(6.2)

kas saka, ka, palielinoties plūsmas ātrumam V adiabātiskajos apstākļos, termodinamiskā temperatūra samazinās.
Ņemiet vērā, ka pēdējā izteiksme attiecas ne tikai uz gāzes plūsmu, bet arī uz šķidruma plūsmu. Tajā, palielinoties plūsmas ātrumam V adiabātiskajos apstākļos, vajadzētu samazināties arī šķidruma termodinamiskajai temperatūrai. Tieši uz šo ūdens plūsmas temperatūras samazināšanos, kas paātrināta sašaurinošā ūdensvadā uz turbīnu, norādīja L. Gerbrands 3.4. sadaļā, ierosinot upes ūdens siltumu pārvērst turbīnai pievadītās plūsmas kinētiskajā enerģijā. hidroelektrostacijām.
Patiešām, vēlreiz pārrakstot izteiksmi (6.1) formā

(6.3)

iegūstam ūdens plūsmas kinētiskās enerģijas pieauguma formulu

(Šeit m ir ūdens masa, kas izgājusi cauri cauruļvadam).
Bet atpakaļ pie virpuļcaurules. Paātrinoties ieejas spirālei līdz lielam ātrumam, gāzei pie ieejas cilindriskajā caurulē 1 ir maksimālais tangenciālais ātrums VR un zemākā termodinamiskā temperatūra. Pēc tam tas pārvietojas caurulē 1 pa cilindrisku spirāli līdz tālākajai izejai, ko daļēji noslēdz konuss 4. Ja šis konuss tiek noņemts, tad visa gāzes plūsma brīvi iziet caur 1. caurules tālāko (karsto) galu. Turklāt VT iesūks caur diafragmas 3 atveri un daļu no ārējā gaisa. (Virpuļežektoru, kuru izmēri ir mazāki nekā tiešās plūsmas ežektoriem, darbība ir balstīta uz šo principu.)
Bet, regulējot atstarpi starp konusu 4 un caurules 1 malu, tie panāk spiediena palielināšanos caurulē līdz tādai vērtībai, pie kuras ārējā gaisa iesūkšana apstājas un daļa gāzes no caurules 1 sāk izplūst. Caur caurumu diafragmā 3. Tajā pašā laikā caurules 1 virpuļplūsmā parādās centrālā (paraksiālā) virpuļplūsma, kas virzās uz galveno (perifēro), bet rotē, kā norādīts, tajā pašā virzienā.
Visā VT notiekošo procesu kompleksā ir divi galvenie, kas, pēc vairuma pētnieku domām, nosaka enerģijas pārdali starp perifēro un centrālo virpuļgāzu plūsmu tajā.
Pirmais no galvenajiem procesiem ir rotējošo plūsmu tangenciālo ātrumu lauka pārstrukturēšana, kad tās pārvietojas pa cauruli. Ātri rotējošā perifērā plūsma pakāpeniski pārnes savu rotāciju uz centrālo plūsmu, kas virzās uz to. Rezultātā, centrālās plūsmas gāzes daļiņām tuvojoties diafragmai 3, abu plūsmu rotācija tiek virzīta vienā virzienā, un tas notiek tā, it kā ap savu asi grieztos ciets cilindrs, nevis gāze. Šādu virpuli sauc par "kvazi-cietu". Šo nosaukumu nosaka fakts, ka rotējoša cieta cilindra daļiņām, pārvietojoties ap cilindra asi, ir vienāda tangenciālā ātruma atkarība no attāluma līdz asij: Vr. =. ?r.
Otrs galvenais process VP ir perifēro un centrālo plūsmu termodinamisko temperatūru izlīdzināšana katrā VP posmā, ko izraisa turbulenta enerģijas apmaiņa starp plūsmām. Bez šīs izlīdzināšanas iekšējai plūsmai, kuras tangenciālie ātrumi ir mazāki nekā perifērajai, būtu augstāka termodinamiskā temperatūra nekā perifērajai. Tā kā perifērās plūsmas tangenciālie ātrumi ir lielāki nekā centrālās, tad pēc termodinamisko temperatūru izlīdzināšanas perifērās plūsmas stagnācijas temperatūra, kas virzās uz caurules 1 izeju, ko daļēji nosedz konuss 4, ir lielāka. nekā centrālajai plūsmai, kas virzās uz diafragmas 3 atveri.
Pēc lielākās daļas pētnieku domām, divu galveno aprakstīto procesu vienlaicīga darbība noved pie enerģijas pārnešanas no centrālās gāzes plūsmas VT uz perifēro un gāzes sadalīšanu aukstās un karstās plūsmās.
Šo ideju par VT darbu joprojām atzīst lielākā daļa speciālistu. Un VT dizains kopš Rankes laikiem nav īpaši mainījies, lai gan kopš tā laika VT darbības joma ir paplašinājusies. Ir konstatēts, ka VT, kas izmanto konisku (maza konusveida leņķa) cauruli, nevis cilindrisku, uzrāda nedaudz labāku veiktspēju. Bet tos ir grūtāk ražot. Visbiežāk aukstuma ražošanai tiek izmantoti VT, kas darbojas ar gāzēm, bet dažreiz, piemēram, strādājot virpuļtermostatos, tiek izmantota gan aukstā, gan karstā plūsma.
Lai gan virpuļcaurulei ir daudz zemāka efektivitāte nekā cita veida industriālajiem ledusskapjiem, kas ir saistīts ar lielo enerģijas patēriņu gāzes saspiešanai pirms tās padeves VT, ārkārtējā dizaina vienkāršība un VT nepretenciozitāte padara to par neaizstājamu. daudziem lietojumiem.
VT var strādāt ar jebkuriem gāzveida darba šķidrumiem (piemēram, ar ūdens tvaikiem) un ar dažādiem spiediena kritumiem (no atmosfēras frakcijām līdz simtiem atmosfēru). Arī gāzes plūsmas ātruma diapazons VT ir ļoti plašs (no daļām m3/stundā līdz simtiem tūkstošu m3/stundā), un līdz ar to arī to jaudu diapazons. Tomēr ar pieaugumu
VT diametrs (tas ir, palielinoties tā jaudai) palielina VT efektivitāti.
Ja VT vienlaikus izmanto aukstās un karstās gāzes plūsmas ražošanai, caurule tiek padarīta neatdzesēta. Šādus WT sauc par adiabātiskajiem. Bet izmantojot tikai aukstu strūklu, izdevīgāk ir izmantot VT, kurā caurules korpuss vai tā tālākais (karstais) gals tiek atdzesēts ar ūdens apvalku vai ar citu metodi piespiedu kārtā. Dzesēšana ļauj palielināt HT dzesēšanas jaudu.

6.3. Vortex caurules paradoksi

Virpuļcaurule, kas kļuva par "Maksvela dēmonu", kas (veic ātro gāzes molekulu atdalīšanu no lēnajām), ilgu laiku nesaņēma atzinību pēc J. Rankes izgudrošanas. Kopumā visi procesi un ierīces , ja tie nesaņem teorētisku pamatojumu un zinātnisku skaidrojumu, mūsu apgaismotajā" gadsimtā gandrīz noteikti ir lemti noraidīšanai. Šī, ja vēlaties, ir apgaismības otrā puse: visam, kas neatrod mirkļa izskaidrojumu, nav tiesību pastāvēt !Un Rankes mēlē, pat pēc iepriekš minētā viņas darba skaidrojuma parādīšanās, daudz kas palika un paliek neskaidrs.Diemžēl grāmatu un mācību grāmatu autori reti atzīmē atsevišķu jautājumu neskaidrības, bet, gluži pretēji, biežāk tiecas pēc apiet un aizsedz tos, lai radītu priekšstatu par zinātnes visvarenību.Šajā ziņā grāmata nav izņēmums.
Tātad, viņas 25. lappusē, skaidrojot pārdales procesu! enerģija VT, pārkārtojot rotējošo gāzu plūsmu ātruma lauku un parādās "kvaziciets" virpulis, var pamanīt zināmu apjukumu. Piemēram), mēs lasām: "Kad centrālā plūsma virzās uz ... tā piedzīvo arvien intensīvāku virpuļošanu no ārējās plūsmas puses. Šajā procesā, kad ārējie slāņi savijas iekšējos, kā rezultātā ... . iekšējās plūsmas tangenciālie ātrumi samazinās, bet ārējie pieaug. Šīs frāzes neloģiskums liks aizdomāties, vai grāmatas autori cenšas noslēpt kaut ko neizskaidrojamu, radīt loģikas izskatu tur, kur tās nav?
Mēģinājumi izveidot VT teoriju, konstruējot un atrisinot gāzu dinamisko vienādojumu sistēmu, kas apraksta procesus VT, daudzus autorus noveda pie nepārvaramām matemātiskām grūtībām. Tikmēr eksperimentētāju veiktie virpuļa efekta pētījumi tajā atklāja arvien jaunas iezīmes, kuru attaisnošana izrādījās neiespējama saskaņā ar kādu no pieņemtajām hipotēzēm.
20. gadsimta 70. gados kriogēno tehnoloģiju attīstība rosināja meklēt jaunas virpuļa efekta iespējas, jo citas esošās dzesēšanas metodes – gāzes drosele, izmešana un gāzes izplešanās – nedeva risinājumu praktiskajām problēmām, kas radās lielu tilpumu dzesēšanā. un sašķidrināšanas gāzes ar zemu kondensācijas temperatūru. Tāpēc pētījumi par virpuļdzesētāju darbību turpinājās vēl intensīvāk.
Interesantākos rezultātus šajā virzienā sasniedza ļeņingradieši V. E. Finko. Viņa virpuļdzesētājā ar VT, kura konusveida leņķis ir līdz 14°, tika panākta gaisa dzesēšana līdz 30°K. Ievērojams dzesēšanas efekta pieaugums tika novērots, palielinoties gāzes spiedienam pie ieplūdes līdz 4 MPa un vairāk, kas [ir pretrunā ar vispārpieņemto viedokli, ka pie spiediena, kas pārsniedz 1 MPa, VT efektivitāte praktiski nesamazinās. palielinās, palielinoties spiedienam.
Šīs un citas pazīmes, kas tika konstatētas virpuļdzesētāja testos ar zemskaņas ieplūdes plūsmas ātrumiem, kas neatbilst esošajiem priekšstatiem par virpuļa efektu un literatūrā izmantoto metodi gāzes dzesēšanas aprēķināšanai ar tā palīdzību, pamudināja V. E. Finko analizēt šīs neatbilstības. .
Viņš novēroja, ka ne tikai aukstās (Tx), bet arī "karsto" (Tr) izejošo gāzes plūsmu stagnācijas temperatūras izrādījās ievērojami zemākas par tās VT piegādātās gāzes temperatūru T. Tas nozīmēja, ka enerģijas bilance viņa WT neatbilda labi zināmajam Hilša līdzsvara vienādojumam adiabātiskajiem WT.

(6.5)

kur I ir darba gāzes īpatnējā entalpija,

Pieejamajā literatūrā Finko neatrada rakstus, kas būtu veltīti saistību pārbaudei (6.5.). Publicētajos darbos, kā likums, aukstās plūsmas frakcija JLI tika aprēķināta, izmantojot formulu

(6.6)

pēc temperatūras mērījumu rezultātiem Tovh Gog Goh. Pēdējo formulu iegūst no (6.5), izmantojot nosacījumus:
V.E.Finko izveido aprakstīto stendu, uz kura līdztekus plūsmas stagnācijas temperatūru mērīšanai tika veikti gāzes plūsmas ātruma mērījumi Ovkh, Ox, Og. Rezultātā tika stingri konstatēts, ka izteiksme (6.5) ir nepieņemama VP enerģijas bilances aprēķināšanai, jo ienākošo un izejošo plūsmu īpatnējo entalpiju atšķirība eksperimentos bija 9-24% un pieauga līdz ar pieaugumu. ieplūdes spiedienā vai ar ieplūdes gāzes temperatūras pazemināšanos. Finko atzīmē, ka zināma neatbilstība starp sakarību (6.5) un testa rezultātiem tika novērota jau agrāk citu pētnieku darbos, piemēram, gadā, kur neatbilstība bija 10-12%, taču šo darbu autori skaidroja izmaksu mērīšanas neprecizitāti. .
Turklāt V. E. Finko atzīmē, ka neviens no iepriekš piedāvātajiem siltuma pārneses mehānismiem VT, ieskaitot pretstrāvas turbulentās siltuma pārneses mehānismu, neizskaidro tos lielos siltuma atdalīšanas ātrumus no gāzes, kas izraisa ievērojamus temperatūras kritumus (~ 70 °K un vairāk) savā virpuļdzesētājā. Viņš piedāvā savu skaidrojumu gāzes dzesēšanai VT ar "gāzes virpuļveida izplešanās darbu", kas tiek veikts caurules iekšpusē pār tām gāzes daļām, kas tur iepriekš iekļuvušas, kā arī virs ārējās atmosfēras, kur gāze atrodas. izejas.
Šeit jāatzīmē, ka vispārīgā gadījumā WT enerģijas bilancei ir šāda forma:

(6.7)

kur Wcool ir siltuma daudzums, kas tiek noņemts laika vienībā no VT korpusa dabiskās vai mākslīgās dzesēšanas dēļ. Aprēķinot adiabātiskās caurules, pēdējais termins (6.7) tiek ignorēts tā mazuma dēļ, jo VT parasti ir maza izmēra un to siltuma apmaiņa ar apkārtējo gaisu konvekcijas ceļā ir nenozīmīga salīdzinājumā ar siltuma apmaiņu starp gāzes plūsmām VT iekšpusē. Un mākslīgi atdzesētu VT darbības laikā pēdējais termins (6.7) nodrošina aukstās gāzes plūsmas daļas pieaugumu, kas iziet no VT. Finko virpuļdzesētājā nebija mākslīgas dzesēšanas, un dabiskā konvekcijas siltuma apmaiņa ar apkārtējo atmosfēras gaisu bija nenozīmīga.
Šķiet, ka nākamajam Finko eksperimentam, kas aprakstīts , nebija tiešas saistības ar siltuma pārneses jautājumiem VT. Bet tas ir tas, kurš visvairāk liek šaubīties ne tikai par iepriekš pastāvošo ideju pareizību par siltuma apmaiņas mehānismu starp gāzes plūsmām VP, bet arī kopumā par vispārpieņemtā WP darbības attēla pareizību. Finko ievieš tievu stieni gar sava VT asi, kura otrs gals ir fiksēts gultnē. Kad VT darbojas, stienis sāk griezties ar ātrumu līdz 3000 apgr./min, ko darbina rotējoša centrālā gāzes plūsma VT. Bet tikai stieņa griešanās virziens izrādījās pretējs galvenās (perifērās) virpuļgāzes plūsmas griešanās virzienam VT!
No šī eksperimenta mēs varam secināt, ka centrālās gāzes plūsmas rotācija ir pretēja perifērās (galvenās) plūsmas rotācijai. Bet tas ir pretrunā ar dominējošo ideju par "kvazi-cietu" gāzes rotāciju BT.
Turklāt V. E. Finko reģistrēja joslas spektra infrasarkano starojumu pie aukstās gāzes plūsmas izejas no viņa VT viļņu garuma diapazonā no 5-12 μm, kura intensitāte palielinājās, palielinoties gāzes spiedienam pie VT ieejas. Tomēr dažreiz vizuāli tika novērots arī "zilais starojums, kas izplūst no straumes kodola". Tomēr pētnieks starojumam nepiešķīra lielu nozīmi, atzīmējot radiācijas klātbūtni kā kuriozu blakusefektu un pat nepiešķīra tā intensitāti vērtībām. Tas norāda, ka Finko nesaistīja šī starojuma klātbūtni ar siltuma pārneses mehānismu BT.
Šeit mums vēlreiz jāatgādina 4.4. un 4.5. sadaļā ierosinātais mehānisms "papildu" masas enerģijas izvadīšanai no ķermeņu sistēmas, kas iedarbinātas rotācijā, lai radītu nepieciešamo sistēmas negatīvo saistīšanas enerģiju. Mēs rakstījām, ka vienkāršākais veids, kā izmest enerģiju, ir elektriski lādēti ķermeņi. Kad tie griežas, tie var vienkārši izstarot enerģiju elektromagnētisko viļņu vai fotonu veidā. Jebkuras gāzes plūsmā vienmēr ir noteikts skaits jonu, kuru kustībai pa apli vai loku virpuļplūsmā vajadzētu izraisīt elektromagnētisko viļņu emisiju.
Tiesa, pie virpuļa rotācijas tehniskajām frekvencēm kustīga jona radioviļņu starojuma intensitāte, kas aprēķināta pēc labi zināmās formulas ciklotrona starojumam pie pamatfrekvences , izrādās ārkārtīgi maza. Bet ciklotronu starojums nav vienīgais un tālu no vissvarīgākajiem iespējamajiem mehānismiem fotonu emisijai no rotējošas gāzes. Ir vairāki citi iespējamie mehānismi, piemēram, gāzes molekulu ierosināšana ar jonu-skaņas vibrācijām, kam seko ierosinātu molekulu emisija. Mēs šeit runājam par ciklotronu starojumu tikai tāpēc, ka tā mehānisms ir visvairāk saprotams inženierim - šīs grāmatas lasītājam. Atkārtosim vēlreiz, ka tad, kad dabai vajadzēs izstarot enerģiju no kustīgu ķermeņu sistēmas, tā atradīs tūkstoš veidu, kā to izdarīt. Īpaši no tādas sistēmas kā gāzu virpulis, kurā ir tik daudz starojuma iespēju, kas ir saprotamas arī ar mūsdienu zinātnes attīstību.
V. E. Finko reģistrēja elektromagnētiskā starojuma joslu spektru ar
viļņu garumi =‹10 µm. Joslu spektrs ir raksturīgs gāzes molekulu termiskajam starojumam. Cietie ķermeņi rada nepārtrauktu starojuma spektru. No tā var secināt, ka Finko eksperimentos tika reģistrēts darba gāzes starojums, nevis VT metāla korpuss.
Rotējošas gāzes termiskais starojums var patērēt nevis pārējo izstarojošo molekulu vai jonu masu, bet gan gāzes siltumenerģiju kā tās iekšējās enerģijas kustīgāko daļu. Termiskās sadursmes starp gāzes molekulām ne tikai uzbudina molekulas, bet arī baro jonus ar kinētisko enerģiju, ko tie izstaro jau elektromagnētiskās enerģijas veidā. Un šķiet, ka gāzes rotācija kaut kādā veidā (varbūt ar vērpes lauka palīdzību) stimulē šo starojuma procesu. Fotonu emisijas rezultātā gāze tiek atdzesēta līdz zemākai temperatūrai, nekā tas izriet no zināmajām teorijām par siltuma pārnesi starp centrālo un perifēro virpuļu plūsmām VT.
Finko darbā diemžēl nav norādīta novērotā starojuma intensitāte, un līdz ar to pagaidām nekas nav sakāms par tā aiznestās jaudas lielumu. Taču viņš atzīmēja VT sienu iekšējās virsmas sasilšanu vismaz par 5°K, ko varētu izraisīt tieši šī starojuma radītā karsēšana.
Šajā sakarā rodas šāda hipotēze par siltuma atdalīšanas procesu no centrālās plūsmas uz perifēro virpuļgāzes plūsmu VP. Gan centrālās, gan perifērās plūsmas gāze to rotācijas laikā izstaro fotonus. Šķiet, ka perifērajam vajadzētu izstarot intensīvāk, jo tam ir lielāks tangenciālais ātrums. Bet centrālā plūsma atrodas intensīvā aksiālā vērpes laukā, kas stimulē fotonu emisiju ar ierosinātām molekulām un joniem. (Finko eksperimentos tas pierāda zilā mirdzuma klātbūtni tieši no plūsmas "kodola".) Šajā gadījumā plūsmas gāze tiek atdzesēta, pateicoties starojumam, kas to atstāj, un tas aizvada enerģiju, un starojums tiek absorbēts. cauruļu sienām, kuras silda šis starojums. Bet perifērā gāzes plūsma, saskaroties ar caurules sienām, noņem šo siltumu un uzsilst. Rezultātā centrālā virpuļplūsma ir auksta, bet perifērā tiek uzkarsēta.
Tādējādi VT ķermenis spēlē starpposma ķermeņa lomu, kas nodrošina siltuma pārnesi no centrālās virpuļa plūsmas uz perifēro.
Ir skaidrs, ka, atdzesējot HT korpusu, samazinās siltuma pārnese no tā uz perifēro gāzes plūsmu, jo samazinās temperatūras starpība starp caurules korpusu un tajā esošo gāzi, kā arī dzesēšana. tiek palielināta HT jauda.
Šī hipotēze arī izskaidro Finko atklāto termiskā līdzsvara pārkāpumu, par kuru mēs runājām iepriekš. Patiešām, ja daļa starojuma iziet no WP robežām caur izvadiem (un šī daļa var būt ~10%, spriežot pēc Finko izmantotās ierīces ģeometrijas), tad šīs starojuma daļas aiznestā enerģija vairs nav reģistrē ar ierīcēm, kas mēra gāzes stagnācijas temperatūru pie cauruļu izejām. Radiācijas daļa, kas iziet no caurules, īpaši palielinās, ja starojums tiek ģenerēts galvenokārt caurules 3. apertūras tuvumā (sk. 6.5. att.), kur gāzes rotācijas ātrumi ir maksimāli.
Vēl daži vārdi jāsaka par perifērās gāzes plūsmas sildīšanu VT. Kad V.E. Finko uzstādīja gāzes plūsmas "taisnotāju" (režģa "bremzi") sava VT "karstajā" galā, izejošās gāzes plūsmas "karstajā" daļā pēc "taisnotāja" jau bija temperatūra 30-60 °K. augstāks par Tovh. Tajā pašā laikā aukstās plūsmas daļa palielinājās, jo samazinājās ejas posma laukums plūsmas "karstās" daļas noņemšanai, un plūsmas aukstās daļas temperatūra nebija tāda. ilgāk tik zemu kā strādājot bez "taisnotāja".
Pēc "taisnotāja" uzstādīšanas Finko atzīmē ļoti intensīvu troksni sava VT darbības laikā. Un gāzes sildīšanu, kad caurulē tiek ievietots "taisngriezis" (kas, kā liecināja viņa aplēses, nevarēja tik ļoti uzkarst tikai gāzes plūsmas berzes dēļ pret "taisngriezi") viņš skaidro ar notikušo. skaņas vibrācijas gāzē, kuras rezonators ir caurule. Šo procesu Finko sauca par "gāzes viļņu izplešanās un saspiešanas mehānismu", kas noved pie tā sildīšanas.
Ir skaidrs, ka gāzes plūsmas rotācijas palēninājumam vajadzēja novest pie plūsmas kinētiskās enerģijas daļas pārvēršanas siltumā. Bet šīs transformācijas mehānisms tika atklāts tikai Finko darbā.
Iepriekš minētais liecina, ka virpuļcaurule joprojām ir daudzu noslēpumu pilna un ka idejas par tās darbību, kas pastāv jau gadu desmitiem, prasa radikālu pārskatīšanu.

6.4. Hipotēze par pretstrāvu virpuļos

Virpuļu kustība satur tik daudz neizpētīta, ka vairāk nekā vienai teorētiķu un eksperimentētāju paaudzei būs pietiekami daudz darba. Un tajā pašā laikā virpuļu kustība acīmredzot ir visizplatītākais kustības veids dabā. Patiešām, visi tie ķermeņi (planētas, zvaigznes, elektroni atomā utt.), par kuriem mēs rakstījām 4.1. sadaļā, ka tie veic apļveida kustību, parasti arī virzās uz priekšu. Un, pievienojot to rotācijas un translācijas kustības, jūs iegūstat spirālveida kustību.
Ir divi galvenie spirāļu veidi: cilindriskā spirāle, par kuru mēs runājām 4.3. sadaļā, un Arhimēda spirāle, kuras rādiuss palielinās līdz ar apgriezienu skaitu. Šāds izskats ir spirālveida galaktikām, lielākajiem virpuļiem dabā.
Un rotācijas kustības superpozīcija pa Arhimēda spirāli un translācijas kustība pa tās asi dod arī trešo spirāles veidu - konisku. Ūdens, kas plūst no vannas caurulē tās apakšā, pārvietojas pa šādu spirāli, un gaiss viesuļvētra. Gāze pārvietojas pa to pašu konisko spirāli tehniskajos ciklonos. Tur ar katru apgriezienu daļiņu trajektorijas rādiuss samazinās.

Rīsi. 6.6. Brīvo iegremdēto strūklu ātruma profils ar dažādu pagriezienu pakāpi:
a - tiešās plūsmas strūkla; b - nedaudz virpuļojoša strūkla; c - mēreni virpuļojoša strūkla; g - stipri virpuļojoša slēgta strūkla; e - spēcīgi virpuļojoša atvērta strūkla; siena; b - caurums sienā; c - strūklas robežas; d ir ātruma profils dažādos attālumos no sienas; e - strūklas ass; [U-aksiālais ātrums.

Bet Finko virpuļdzesētājā, kuram ir koniska virpuļcaurule, perifērā gāzes plūsma virzās pa izplešanās konisku spirāli, bet pretimnākošā aksiālā plūsma - pa šaurāku. Šādu plūsmu konfigurāciju VT un tehniskajā ciklonā nosaka aparāta sienu ģeometrija.
Apsverot virpuļcauruli 6.2. sadaļā, mēs rakstījām, ka apgrieztā aksiālā plūsma tajā rodas, kad gāzes izplūde caur caurules tālāko (karsto) galu ir daļēji bloķēta un tajā tiek radīts pārmērīgs spiediens, liekot gāzei meklēt. otrā izeja no caurules. Šāds skaidrojums par pretaksiālās plūsmas rašanos VT mūsdienās ir vispārpieņemts.
Taču virpuļojošo strūklu eksperti, ko plaši izmanto, piemēram, lāpu radīšanai termoelektrostaciju degļos, atzīmē, ka pretplūsma pa virpuļojošās strūklas asi notiek pat tad, ja nav aparāta sienu. Brīvo iegremdēto strūklu ātruma profilu izpēte (sk. 6.6. att.) parāda, ka apgrieztā aksiālā plūsma palielinās, palielinoties strūklas pagrieziena pakāpei .
Atpakaļplūsmas fiziskais cēlonis vēl nav noskaidrots. Lielākā daļa ekspertu uzskata, ka tas parādās tāpēc, ka, palielinoties strūklas vērpes pakāpei, centrbēdzes spēki izmet tās gāzes daļiņas uz perifēriju, kā rezultātā netālu no strūklas ass tiek izveidota retināšanas zona, kurā atrodas atmosfēras gaiss. steidzas,
atrodas uz priekšu pa strūklas asi.
Bet darbos ir parādīts, ka pretplūsma ir saistīta ne tik daudz ar statiskā spiediena gradientu strūklā, bet gan ar tās ātruma tangenciālo un aksiālo (aksiālo) komponentu attiecību. Piemēram, strūklām, ko veido virpuļdzinējs ar tangenciālu lāpstiņu aparātu, lāpstiņu slīpuma leņķī 40–45°, ir liels retums aksiālajā reģionā, bet tām nav reversās plūsmas. Kāpēc tās nav - ekspertiem paliek noslēpums.
Mēģināsim to atšķetināt vai, pareizāk sakot, citādi izskaidrot aksiālo pretstrāvu rašanās iemeslu virpuļojošās strūklās.
Kā mēs esam vairākkārt atzīmējuši, "papildu" masas enerģijas nomešana no sistēmas, kas tiek nodota rotācijai, ir visvieglāk panākama, izstarojot fotonus. Bet tas nav vienīgais iespējamais kanāls. Mēs varam izvirzīt arī šādu hipotēzi, kas dažiem mehāniķiem sākumā šķitīs neticama.
Ceļš uz šo hipotēzi bija garš, un to veica vairāk nekā viena fiziķu paaudze. Pat Viktors Šaubergers, izcils austriešu tīrradnis, mežsargs, kurš brīvajā laikā nodarbojās ar fiziku, kurš 20. gados veltīja daudz laika, lai izprastu virpuļu kustību, pamanīja, ka, spontāni griežoties, ūdens no vannas ieplūst caurulē. , samazinās vannas iztukšošanas laiks. Un tas nozīmē, ka virpulī palielinās ne tikai tangenciālais, bet arī aksiālais plūsmas ātrums. Starp citu, šo efektu jau sen ir pamanījuši alus mīļotāji. Sacensībās, cenšoties pēc iespējas ātrāk ielikt pudeles saturu mutē, viņi parasti vispirms pudelē alu stipri sagriež, pirms to izgāž.
Mēs nezinām, vai Šaubergers mīlēja alu (ko austrietis viņu nemīl!), taču viņš mēģināja šo paradoksālo faktu izskaidrot ar to, ka virpulī tajā esošo molekulu termiskās kustības enerģija tiek pārvērsta alu kinētiskajā enerģijā. strūklas aksiālā kustība. Viņš norādīja, ka, lai arī šāds viedoklis ir pretrunā ar otro termodinamikas likumu, citu skaidrojumu nevar atrast, un ūdens temperatūras pazemināšanās virpulī ir eksperimentāls fakts.
Pamatojoties uz enerģijas un impulsa nezūdamības likumiem, parasti tiek pieņemts, ka, strūklai virpuļojot gareniskā virpulī, daļa no strūklas translācijas kustības kinētiskās enerģijas tiek pārvērsta tās rotācijas enerģijā, un tā ir uzskatīja, ka rezultātā strūklas aksiālajam ātrumam vajadzētu samazināties. Tam, kā teikts, piemēram, , vajadzētu samazināt brīvi applūstošo strūklu diapazonu, kad tās griežas.
Turklāt hidrotehnikā tie parasti visos iespējamos veidos cīnās ar šķidruma turbulenci ierīcēs tās pārplūdes dēļ un cenšas nodrošināt neregulāru lamināro plūsmu. Tas ir saistīts ar faktu, kā aprakstīts, piemēram, ar to, ka virpuļvada parādīšanās šķidruma plūsmā izraisa piltuves veidošanos uz šķidruma virsmas virs ieplūdes kanalizācijas caurulē. Piltuve sāk enerģiski iesūkt gaisu, kura iekļūšana caurulē nav vēlama. Turklāt tiek maldīgi uzskatīts, ka piltuves parādīšanās ar gaisu, kas samazina šķidruma aizņemto ieplūdes šķērsgriezuma daļu, samazina arī šķidruma plūsmu caur šo caurumu.
Alus cienītāju pieredze liecina, ka maldās tie, kas tā domā: neskatoties uz šķidruma plūsmas aizņemtā bedres šķērsgriezuma proporcijas samazināšanos, pēdējais caur caurumu plūst ātrāk, kad plūsma griežas, nekā bez rotācijas.
Ja L. Gerbrands, par kuru rakstījām 3.4. sadaļā, centās panākt hidroelektrostaciju jaudas palielināšanu, tikai iztaisnojot ūdens plūsmu uz turbīnu un pakāpeniski sašaurinot vadu, lai ūdens iegūtu pēc iespējas lielāku translācijas ātrumu , tad Šaubergers piegādāja konusveida vadu ar skrūvju vadotnēm, kas virpuļo ūdens plūsmu gareniskā virpulī, un cauruļvada galā novieto principiāli jauna dizaina aksiālo turbīnu. (Austrijas patents Nr. 117749, datēts ar 1930. gada 10. maiju)
Šīs turbīnas iezīme (sk. 6.7. att.) ir tāda, ka tai nav lāpstiņu, kas parastajās turbīnās šķērso ūdens plūsmu un, to laužot, vienlaikus iztērē daudz enerģijas, lai pārvarētu virsmas spraiguma spēkus. un ūdens molekulu adhēzija. Tas izraisa ne tikai enerģijas zudumus, bet arī kavitācijas parādības, kas izraisa turbīnas metāla eroziju.
Schauberger turbīnai ir koniska forma ar spirālveida lāpstiņām korķviļķa formā, kas ieskrūvēta virpuļojošā ūdens plūsmā. Tas nepārtrauc plūsmu un nerada kavitāciju. Nav zināms, vai šāda turbīna kaut kur ir realizēta praksē, taču tās shēmā, protams, ir ļoti daudzsološas idejas.
Taču mūs šeit interesē ne tik daudz Šaubergera turbīna, cik viņa apgalvojums, ka ūdens molekulu termiskās kustības enerģija virpuļplūsmā var tikt pārveidota ūdens plūsmas kinētiskajā enerģijā. Šajā ziņā interesantākie ir V. Šaubergera 1952. gadā kopā ar profesoru Francu Popelu Štutgartes Tehniskajā koledžā veikto eksperimentu rezultāti, par kuriem 1952. gadā stāsta Jozefs Gaslbergers no Romas.
Pētot vadu kanāla formas un tā sienu materiāla ietekmi uz hidrodinamisko pretestību pret virpuļojošo ūdens plūsmu tajā, eksperimenta veicēji atklāja, ka vislabākos rezultātus var sasniegt ar vara sienām. Bet pats pārsteidzošākais ir tas, ka ar kanāla konfigurāciju, kas atgādina antilopes ragu, berze kanālā samazinās, palielinoties ūdens ātrumam, un pēc noteikta kritiskā ātruma pārsniegšanas ūdens plūst ar negatīvu pretestību, tas ir, tas tiek iesūkts kanālu un paātrina tajā.

Rīsi. 6.7. Šauberga turbīna

Gaslbergers piekrīt Šaubergeram, ka šeit virpulis pārveido ūdens siltumu tā plūsmas kinētiskajā enerģijā. Bet atzīmē, ka "termodinamika, kā to māca skolās un universitātēs, nepieļauj šādu siltuma pārveidi zemās temperatūras atšķirībās". Tomēr Gaslbergers norāda, ka mūsdienu termodinamika nespēj izskaidrot daudzas citas dabas parādības.
Un šeit kustības teorija var palīdzēt saprast, kāpēc virpuļu kustība, šķiet, pretēji valdošajiem termodinamikas priekšstatiem nodrošina virpuļojošas vielas plūsmas siltuma pārvēršanu tās aksiālās kustības enerģijā saskaņā ar formulu. (6.4). Plūsmas sagriešanās virpulī liek daļai siltuma, kas ir daļa no sistēmas iekšējās enerģijas, pārvērsties plūsmas translācijas kustības kinētiskajā enerģijā pa virpuļa asi. Kāpēc tieši pa asi? Jā, jo tad iegūtās translācijas kustības ātruma vektors izrādās perpendikulārs plūsmā esošo daļiņu rotācijas kustības momentānā tangenciālā ātruma vektoram un nemaina pēdējās vērtību. Šajā gadījumā tiek ievērots plūsmas impulsa saglabāšanas likums.
Turklāt daļiņu paātrinājums virzienā, kas ir perpendikulārs to galvenās (apļveida) kustības virzienam virpulī, izraisa to šķērseniskās, nevis gareniskās masas relativistisku pieaugumu. Par nepieciešamību atsevišķi uzskaitīt elementārdaļiņu šķērseniskās un gareniskās masas* (Tas atgādina gareniskā un šķērsvirziena Doplera efektu aprēķināšanu atsevišķi.) daudz tika rakstīts SRT veidošanās sākumposmā (sk., piemēram.) Proti, gareniskā masa (kas šajā gadījumā atbilst daļiņu tangenciālajam ātrumam virpulī) nosaka centrbēdzes spēku lielumu apļveida kustības laikā. . Kad daļa no sistēmas iekšējās enerģijas tiek pārvērsta tajā esošo ķermeņu aksiālās (aksiālās) kustības kinētiskajā enerģijā, centrbēdzes spēki nepalielinās. Tāpēc parādās, ka jaunās aksiālās kustības enerģija ir it kā aizgājusi no apļveida kustības problēmas, kas matemātiski ir līdzvērtīga tās iziešanai no rotējošās sistēmas bez fotonu emisijas.
Bet sistēmas impulsa nezūdamības likums nosaka, ka, ja virpuļplūsma iegūst aksiālu impulsu, kāds cits ķermenis (piemēram, virpuļa aparāta ķermenis) vienlaikus iegūst tādu pašu impulsa absolūto vērtību pretējā virzienā. Slēgtās virpuļierīcēs, piemēram, virpuļcaurulēs, kā arī tad, ja nav kontakta starp virpuļplūsmu un aparāta sienām (kā dažos gadījumos brīvas virpuļstrūklas gadījumā), plūsmas aksiālā daļa, kurai ir mazāks tangenciālais ātrums nekā perifērajai daļai, jāiegūst apgrieztais impulss. Tomēr atsitiena impulsu var pārnest arī aksiāla (aksiāla) fotonu vai neitrīno plūsma, kas rodas rotācijas kustības laikā, kas tiks apspriesta vienpadsmitajā nodaļā.
Tas kopumā ir patiesais, no mūsu viedokļa, iemesls pretstrāvas parādīšanās gan virpuļcaurulēs, gan virpuļplūsmās.

Secinājumi nodaļai

1 Atmosfēras virpuļiem ir raksturīga pārsvarā labās puses gaisa kustība tajos un "vētras acs" klātbūtne - lēnu kustību vai miera centrālā zona.
2. Tornado joprojām ir vairāki noslēpumi: īpaši lieli gaisa ātrumi un tajos iesprostoti objekti, ārkārtējs celšanas spēks, kas pārsniedz gaisa plūsmas spiediena spēku, spīdumu klātbūtne utt.
3. Mitrā gaisa masu siltumenerģija atmosfēras virpuļos tiek pārvērsta kustības enerģijā. Šajā gadījumā tiek koncentrēta enerģija, kas no pirmā acu uzmetiena ir pretrunā ar termodinamikas principiem.
4. Pretruna ar termodinamiku tiek novērsta, ja pieņemam, ka atmosfēras virpuļi saskaņā ar kustības teorijas prasībām rada termisko (infrasarkano un mikroviļņu) starojumu.
5. J. Ranke 20. gadsimta 30. gados atklāja gāzu atdalīšanas ietekmi virpuļcaurulē karstās pie sienas un aukstās aksiālās virpuļplūsmās, kas lika pamatus vairākiem jauniem tehnoloģiju virzieniem, taču tam joprojām nav pietiekami daudz. pilnīgs un konsekvents teorētiskais skaidrojums.
6. Darbi V.E. Finko 80. gados radīja šaubas par dažu vispārpieņemtu ideju pareizību par procesiem virpuļcaurulē: enerģijas bilanci tajā, pretstrāvas turbulentās siltuma pārneses mehānismu utt.
7. V.E. Finko atklāja, ka aukstās aksiālās pretplūsmas virpuļcaurulē rotācijas virziens ir pretējs galvenās (perifērās) gāzes plūsmas virzienam un ka gāzes virpuļcaurule rada joslas spektra infrasarkano starojumu un dažreiz arī zilo starojumu, kas izplūst no aksiālā zona.
8. Vortex caurules bremžu - gāzes plūsmas taisnotāja vadu novietošana karstajā galā,
kā V.E. Finko, uz intensīvu skaņas vibrāciju rašanos gāzē, kuras rezonators ir caurule, un uz to spēcīgu gāzes plūsmas sildīšanu.
9. Tiek piedāvāts mehānisms siltuma noņemšanai no gāzes aksiālās pretplūsmas virpuļcaurulē uz perifēro plūsmu, ko izraisa gāzes griešanās paātrinājuma stimulēts starojums ar fotonu aksiālo plūsmu, kas silda virpuļcaurules sienas. un jau siltums no tiem tiek pārnests uz perifēro gāzes plūsmu, kas tos apskalo.
10. Aksiālā pretplūsma notiek ne tikai virpuļcaurulēs, bet arī brīvās virpuļplūsmās, kur nav aparāta sienu, kuras cēlonis vēl nav pilnībā noskaidrots.
11. 20. gadsimta 30. gados V. Šaubergers norādīja, ka virpulī daļa tajā esošo molekulu termiskās kustības enerģijas tiek pārveidota ūdens strūklas aksiālās kustības kinētiskajā enerģijā, un ierosināja to izmantot.
12. Kustības teorija skaidro Šaubergera efektu ar to, ka ūdens plūsmas virpuļošana liek daļai molekulu siltumenerģijas, kas ir plūsmas iekšējā enerģija, neatstāt virpuļojošo plūsmu starojuma veidā. , bet jāpārveido plūsmas kinētiskajā enerģijā virzienā, kas ir perpendikulārs tangenciālās virpuļošanas ātrumam, pa virpuļplūsmas asi. Pēdējo pieprasa plūsmas kustības leņķiskā impulsa saglabāšanas likums. Un impulsa nezūdamības likums gar tās griešanās asi prasa, ka kad
Šajā gadījumā vai nu parādījās pretstrāva, vai arī radās fotonu vai neitrīno aksiālā emisija, kas kompensēja plūsmas gareniskā impulsa izmaiņas.

Cīņa starp siltajām un aukstajām straumēm, cenšoties izlīdzināt temperatūras starpību starp ziemeļiem un dienvidiem, notiek ar mainīgiem panākumiem. Tad siltās masas pārņem un iekļūst siltas mēles veidā tālu uz ziemeļiem, dažreiz uz Grenlandi, Novaja Zemļu un pat līdz Franča Jozefa zemei; tad arktiskā gaisa masas milzu “piliena” veidā izlaužas uz dienvidiem un, savā ceļā aizslaucot silto gaisu, nokrīt uz Krimu un Vidusāzijas republikām. Šī cīņa ir īpaši izteikta ziemā, kad palielinās temperatūras starpība starp ziemeļiem un dienvidiem. Sinoptiskajās ziemeļu puslodes kartēs vienmēr var redzēt vairākas silta un auksta gaisa mēles, kas iekļūst dažādos dziļumos ziemeļos un dienvidos (atrodiet tās mūsu kartē).

Arēna, kurā norisinās gaisa straumju cīņa, iekrīt tieši uz zemeslodes apdzīvotākajām vietām - mērenajiem platuma grādiem. Šajos platuma grādos ir nepastāvīgi laikapstākļi.

Mūsu atmosfēras nemierīgākās zonas ir gaisa masu robežas. Uz tiem bieži rodas milzīgi viesuļi, kas mums rada nepārtrauktas laika apstākļu izmaiņas. Iepazīsimies ar viņiem sīkāk.

Iedomājieties fronti, kas atdala aukstās un siltās masas (15. att., a). Kad gaisa masas pārvietojas ar dažādu ātrumu vai kad viens gaiss

Masa kustas gar fronti vienā virzienā, bet otru pretējā virzienā, tad frontes līnija var izliekties, un uz tās veidojas gaisa viļņi (15. att., b). Tajā pašā laikā aukstais gaiss arvien spēcīgāk pagriežas uz dienvidiem, plūst zem siltā gaisa “mēles” un izspiež daļu no tā uz augšu. - Siltā mēle iespiežas arvien tālāk uz ziemeļiem un “izskalo” tai priekšā guļošo auksto masu. Gaisa slāņi pamazām virpuļo.

No virpuļa centrālās daļas gaiss ar spēku tiek izmests uz tā nomalēm. Tāpēc siltās mēles augšdaļā spiediens strauji pazeminās, un atmosfērā veidojas sava veida dobums. Šādu virpuli ar pazeminātu spiedienu centrā sauc par ciklonu (“ciklons” nozīmē apļveida).

Tā kā gaiss ieplūst vietās ar zemāku spiedienu, tad ciklonā tam vajadzētu būt

Virpuļa malas taisni uz centru. Taču šeit lasītājam jāatgādina, ka Zemes rotācijas dēļ ap savu asi visu ķermeņu ceļi, kas pārvietojas ziemeļu puslodē, novirzās pa labi. Tāpēc, piemēram, upju labie krasti tiek izskaloti spēcīgāk, labās sliedes uz divsliežu dzelzceļiem ātrāk nolietojas. Un vējš ciklonā arī novirzās uz labo pusi; rezultāts ir virpulis ar vēju pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Lai saprastu, kā Zemes rotācija ietekmē gaisa plūsmu, iedomājieties zemes virsmas posmu uz globusa (16. att.). Vēja virzienu punktā A parāda bultiņa. Punktā A pūš dienvidrietumu vējš. Pēc kāda laika Zeme griezīsies un punkts A pārvietosies uz punktu B. Gaisa plūsma novirzīsies pa labi, un leņķis mainīsies; pūtīs rietumu-dienvidrietumu vējš. Pēc kāda laika punkts B virzīsies uz punktu C, un vējš iegūs rietumu, t.i., pagriezīsies vēl vairāk uz labo pusi.

Ja ciklona apgabalā tiek novilktas vienāda spiediena līnijas, tas ir, izobāri, tad izrādās, ka tās ieskauj ciklona centru (15. att., c). Šādi ciklons izskatās pirmajās dzīves dienās. Kas ar viņu notiks tālāk?

Ciklona mēle stiepjas arvien tālāk uz ziemeļiem, saasinās un kļūst par lielu siltu sektoru (17. att.). Parasti tas atrodas ciklona dienvidu daļā, jo siltās straumes visbiežāk nāk no dienvidiem un dienvidrietumiem. No abām pusēm sektoru ieskauj auksts gaiss. Paskatieties, kā siltās un aukstās straumes iet ciklonā, un jūs redzēsiet, ka ir divas frontes, kuras jūs jau zināt. Siltā sektora labā robeža ir ciklona siltā fronte ar plašu nokrišņu joslu, bet kreisā – aukstā; nokrišņu josla ir šaura.

Ciklons vienmēr kustas bultiņas norādītajā virzienā (paralēli siltā sektora izobāriem).

Atkal pievērsīsimies mūsu laikapstākļu kartei un atradīsim ciklonu Somijā. Tās centrs ir apzīmēts ar burtu H (zems spiediens). Labajā pusē ir siltā fronte; Jūras polārais gaiss ieplūst kontinentālajā gaisā, snieg.

Kreisajā pusē - aukstā fronte: Arktiskais jūras gaiss, kas šķērso sektoru, ielaužas siltā dienvidrietumu straumē; šaura sniega vētru josla. Tas jau ir labi attīstīts ciklons.

Tagad mēģināsim "paredzēt" ciklona tālāko likteni. Tas nav grūti. Galu galā mēs jau teicām, ka aukstā fronte pārvietojas ātrāk nekā siltā. Tas nozīmē, ka ar laiku siltā gaisa vilnis kļūs vēl stāvāks, ciklona sektors pamazām sašaurināsies un, visbeidzot, abas frontes aizvērsies, notiks oklūzija. Tā ir nāve ciklonam. Pirms oklūzijas ciklons varēja “baroties” ar siltu gaisa masu. Temperatūras starpība starp aukstajām plūsmām un silto sektoru tika saglabāta. Ciklons dzīvoja un attīstījās. Bet pēc tam, kad abas frontes ir noslēgušās, ciklona "barība" tiek pārtraukta. Paceļas siltais gaiss, un ciklons sāk izbalēt. Nokrišņi mazinās, mākoņi pamazām izklīst, vējš norimst,
spiediens izlīdzinās, un no milzīga ciklona paliek neliela virpuļojoša zona. Mūsu kartē, aiz Volgas, ir tāds mirstošs ciklons.

Cikloni atšķiras pēc izmēra. Dažreiz tas ir viesulis, kura diametrs ir tikai daži simti kilometru. Bet gadās arī, ka viesulis tver apgabalu līdz 4-5 tūkstošiem kilometru diametrā – veselu kontinentu! Uz milzīgu ciklonisku virpuļu centriem var ieplūst dažādas gaisa masas: siltas un mitras, aukstas un sausas. Tāpēc debesis virs ciklona visbiežāk ir apmākušās, un vējš stiprs, brīžiem vētrains.

Uz robežas starp gaisa masām var veidoties vairāki viļņi. Tāpēc cikloni parasti attīstās nevis pa vienam, bet virknē, četri vai vairāk. Kamēr pirmais jau izgaist, otrajā siltā mēle tikai sāk izstiepties. Ciklons dzīvo 5-6 dienas, un šajā laikā tas var aptvert milzīgu telpu. Diennakts laikā ciklons noskrien vidēji aptuveni 800 kilometrus, dažkārt pat līdz 2000 kilometru.

Cikloni pie mums visbiežāk nāk no rietumiem. Tas ir saistīts ar vispārējo gaisa masu kustību no rietumiem uz austrumiem. Spēcīgi cikloni mūsu teritorijā ir ļoti reti. Ilgs lietus vai sniegs, ass brāzmains vējš – tāda ir ierastā mūsu ciklona aina. Bet tropos dažkārt ir ārkārtīgi spēcīgi cikloni ar stiprām lietusgāzēm un vētrainiem vējiem. Tās ir viesuļvētras un taifūni.

Mēs jau zinām, ka, frontes līnijai starp divām gaisa plūsmām noslīdot, aukstajā masā tiek iespiesta silta mēle un līdz ar to rodas ciklons. Bet frontes līnija var noslīdēt siltā gaisa virzienā. Šajā gadījumā rodas virpulis ar pilnīgi citām īpašībām nekā ciklons. To sauc par anticiklonu. Šis vairs nav dobums, bet gan gaisa kalns.

Spiediens šāda virpuļa centrā ir lielāks nekā malās, un gaiss izplatās no centra uz virpuļa nomalēm. Tās vietā gaiss nolaižas no augstākiem slāņiem. Nolaižoties, tas saraujas, uzkarst, un mākoņainība tajā pamazām izklīst. Tāpēc laiks anticiklonā parasti ir apmācies un sauss; līdzenumos vasarā ir karsts un ziemā auksts. Tikai anticiklona nomalē var veidoties migla un zemie slāņu mākoņi. Tā kā anticiklonā nav tik lielas spiedienu starpības kā ciklonā, tad vēji šeit ir daudz vājāki. Tie pārvietojas pulksteņrādītāja virzienā (18. att.).

Virpulim attīstoties, tā augšējie slāņi sasilst. Tas ir īpaši pamanāms, ja aukstā mēle ir no -

Tas tiek nogriezts, un viesulis pārstāj “baroties” no aukstuma vai anticiklona stagnācijas vienā vietā. Tad laika apstākļi tajā kļūst stabilāki.

Kopumā anticikloni ir klusāki virpuļi nekā cikloni. Viņi pārvietojas lēnāk, aptuveni 500 kilometrus dienā; bieži apstājas un stāv vienā apgabalā nedēļām, un pēc tam atkal turpina ceļu. To izmēri ir milzīgi. Anticiklons bieži, īpaši ziemā, aptver visu Eiropu un daļu Āzijas. Bet atsevišķās ciklonu sērijās var rasties arī nelieli, mobili un īslaicīgi anticikloni.

Parasti šie viesuļi pie mums nāk no ziemeļrietumiem, retāk no rietumiem. Laikapstākļu kartēs anticiklonu centri ir apzīmēti ar burtu B (augsts spiediens).

Atrodiet anticiklonu mūsu kartē un skatiet, kā izobāri atrodas ap tā centru.

Tie ir atmosfēras virpuļi. Katru dienu viņi šķērso mūsu valsti. Tos var atrast jebkurā laikapstākļu kartē.

Tagad viss mūsu kartē jums jau ir pazīstams, un mēs varam pāriet uz mūsu grāmatas otro galveno numuru - laika prognozēšanu.