Bulutları dağıtmak için atmosferik girdap. Yu.S. Potapov Dönme enerjisi. Bölümle ilgili sonuçlar
Çoğu zaman, kötü hava planlarımıza engel olur ve bizi hafta sonunu dairede oturarak geçirmeye zorlar. Ancak çok sayıda metropol sakininin katılımıyla büyük bir tatil planlanıyorsa ne yapmalı? Burada, yetkililer tarafından elverişli hava yaratmak için gerçekleştirilen bulutların dağılması kurtarmaya geliyor. Bu prosedür nedir ve çevreyi nasıl etkiler?
Bulutları dağıtmak için ilk girişimler
Bulutlar ilk olarak 1970'lerde Sovyetler Birliği'nde özel Tu-16 Siklonlarının yardımıyla dağıldı. 1990 yılında, Goskomgidromet uzmanları, elverişli ortamlar yaratmanıza izin veren eksiksiz bir metodoloji geliştirdi.
1995 yılında, Zaferin 50. yıldönümü kutlamaları sırasında, teknik Kızıl Meydan'da test edildi. Sonuçlar tüm beklentileri karşıladı. O zamandan beri, önemli olaylar sırasında bulut dağılımı kullanılmıştır. 1998'de Dünya Gençlik Oyunlarında güzel bir hava yaratmayı başardılar. Moskova'nın 850. yıldönümünün kutlanması, yeni metodolojinin katılımı olmadan değildi.
Şu anda, Rus bulut hız aşırtma hizmeti dünyanın en iyilerinden biri olarak kabul ediliyor. Çalışmaya ve gelişmeye devam ediyor.
Bulutların dağılması ilkesi
Meteorologlar için bulutların dağılma sürecine "tohumlama" denir. Atmosferdeki nemin yoğunlaştığı çekirdekler üzerine özel bir reaktifin püskürtülmesini içerir. Ardından yağışlar ulaşır ve yere düşer. Bu, şehrin topraklarından önceki alanlarda yapılır. Böylece yağmur daha erken geçer.
Bu bulut dağıtma teknolojisi, kutlamanın merkezinden 50 ila 150 km'lik bir yarıçap içinde iyi hava sağlanmasını mümkün kılar ve bu da kutlama ve insanların ruh hali üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.
Bulutları dağıtmak için hangi reaktifler kullanılır?
Gümüş iyodür, sıvı nitrojen buhar kristalleri ve diğer maddelerin yardımıyla iyi hava sağlanır. Bileşen seçimi, bulutların türüne bağlıdır.
Aşağıdaki bulut tabakasının tabakalı formlarına kuru buz püskürtülür. Bu reaktif karbon dioksit granülleridir. Uzunlukları sadece 2 cm ve çapları yaklaşık 1,5 cm'dir Kuru buz, bir uçaktan büyük bir yükseklikten püskürtülür. Karbondioksit bir buluta çarptığında, içerdiği nem kristalleşir. Bundan sonra bulut dağılır.
Nimbostratus bulutlarıyla savaşmak için sıvı nitrojen kullanılır. Reaktif ayrıca bulutların üzerine yayılarak soğumalarına neden olur. Güçlü yağmur bulutlarına karşı gümüş iyodür kullanılır.
Bulutların çimento, alçıtaşı veya talk ile dağılması, dünya yüzeyinden yüksek olan kümülüs bulutlarının görünmesini engeller. Bu maddelerin tozunu dağıtarak, bulut oluşumunu engelleyen havanın ağırlığını elde etmek mümkündür.
Bulut Dağıtma Tekniği
İyi hava oluşturma operasyonları özel ekipman kullanılarak gerçekleştirilir. Ülkemizde bulutların dağıtılması, gerekli donanıma sahip olan Il-18, An-12 ve An-26 nakliye uçaklarında gerçekleştirilmektedir.
Kargo bölmelerinde sıvı nitrojen püskürtülmesine imkan veren sistemler bulunmaktadır. Bazı uçaklar, gümüş bileşikleri olan kartuşları ateşlemek için cihazlarla donatılmıştır. Bu tür silahlar kuyruk bölümüne kurulur.
Ekipman, özel eğitim almış pilotlar tarafından işletilmektedir. Hava sıcaklığının -40 °C'nin üzerine çıkmadığı 7-8 bin metre yükseklikte uçarlar. Nitrojen zehirlenmesinden kaçınmak için pilotlar tüm uçuş boyunca koruyucu giysiler ve oksijen maskeleri giyiyor.
bulutlar nasıl dağılır
Bulut kütlelerini dağıtmaya başlamadan önce uzmanlar atmosferi inceler. Ciddi olaydan birkaç gün önce, hava keşfi durumu netleştirir ve ardından operasyonun kendisi güzel hava oluşturmaya başlar.
Genellikle reaktifli uçaklar Moskova bölgesinden havalanır. Yeterli bir yüksekliğe yükseldikten sonra, yanlarında nemi yoğunlaştıran ilaç parçacıklarını bulutların üzerine püskürtürler. Bu, yoğun yağışın hemen püskürtme alanının üzerine düşmesine yol açar. Bulutlar başkentin üzerine çıktığında, nem kaynağı tükeniyor.
Bulutların dağılması, güzel havanın kurulması, başkent sakinlerine somut faydalar sağlıyor. Şimdiye kadar pratikte bu teknoloji yalnızca Rusya'da kullanılıyor. Tüm eylemleri yetkililerle koordine ederek Roshidromet'in operasyonunda yer almaktadır.
Bulut hızlandırma verimliliği
Yukarıda, Sovyet yönetimi altında bile bulutları dağıtmaya başladıkları söylendi. Daha sonra bu teknik, tarımsal ihtiyaçlarda yaygın olarak kullanıldı. Ancak toplumun yararına da hizmet edebileceği ortaya çıktı. 1980'de Moskova'da düzenlenen Olimpiyat Oyunlarını hatırlamak yeterlidir. Uzmanların müdahalesi sayesinde kötü havanın önüne geçildi.
Birkaç yıl önce Moskovalılar, Şehir Günü kutlamalarında bulut dağıtmanın etkinliğini bir kez daha görebildiler. Meteorologlar, başkenti siklonun güçlü etkisinden kurtarmayı ve yağış yoğunluğunu 3 kat azaltmayı başardılar. Hydromet uzmanları, güçlü bulutlarla baş etmenin neredeyse imkansız olduğunu söyledi. Ancak hava tahmincileri pilotlarla birlikte bunu başardılar.
Bulutların Moskova üzerine dağılması artık kimseyi şaşırtmıyor. Genellikle, meteorologların eylemleri sayesinde Zafer Bayramı geçit töreni sırasında güzel hava kurulur. Bu durum başkent sakinlerini memnun ediyor ancak atmosfere böyle bir müdahalenin neyi tehdit edebileceğini merak edenler de var. Hydromet uzmanları bu konuda ne diyor?
Bulutların dağılmasının sonuçları
Meteorologlar, bulutların dağılmasının tehlikeleri hakkında konuşmanın hiçbir temeli olmadığına inanıyor. Çevresel izleme uzmanları, bulutların üzerine püskürtülen kimyasalların çevre dostu olduğunu ve atmosfere zarar vermediğini iddia ediyor.
Araştırma enstitüsünün laboratuvar başkanı Migmar Pinigin, sıvı nitrojenin hem insan sağlığı hem de çevre için tehlike oluşturmadığını iddia ediyor. Aynısı tanecikli karbondioksit için de geçerlidir. Hem nitrojen hem de karbondioksit atmosferde büyük miktarlarda bulunur.
Çimento tozu püskürtmek de herhangi bir sonucu tehdit etmez. Bulutların dağılmasında, dünyanın yüzeyini kirletemeyecek minimum madde fraksiyonu kullanılır.
Meteorologlar, reaktifin atmosferde bir günden az kaldığını iddia ediyor. Bulut kütlesine girdikten sonra, yağış onu tamamen yıkar.
Bulut dağılımının muhalifleri
Meteorologların reaktiflerin kesinlikle güvenli olduğuna dair güvencelerine rağmen, bu tekniğin muhalifleri var. Ecodefense'den çevreciler, iyi hava koşullarının zorunlu olarak kurulmasının, bulutların dağılmasından sonra başlayan şiddetli sağanak yağmurlara yol açtığını söylüyor.
Ekolojistler, yetkililerin doğa kanunlarına müdahale etmeyi bırakması gerektiğine inanıyor, aksi takdirde öngörülemeyen sonuçlara yol açabilir. Onlara göre, bulutları dağıtmak için hangi eylemlerin dolu olduğu konusunda sonuçlara varmak için henüz çok erken, ancak kesinlikle iyi bir şey getirmeyecekler.
Meteorologlar, bulut dağılımının olumsuz sonuçlarının sadece varsayımlar olduğu konusunda güvence veriyor. Bu tür iddialarda bulunmak için, atmosferdeki aerosol konsantrasyonunun ve aerosol tipinin dikkatli ölçümleri yapılmalıdır. Bu yapılana kadar çevrecilerin iddiaları asılsız sayılabilir.
Büyük ölçekli açık hava etkinliklerinde kuşkusuz bulutların dağılmasının olumlu bir etkisi var. Ancak, sadece başkentin sakinleri bundan memnun. Yakındaki bölgelerin nüfusu, unsurların yükünü almaya zorlanır. İyi hava teknolojisinin yararları ve zararları hakkındaki tartışmalar bu güne kadar devam ediyor, ancak şu ana kadar bilim adamları makul bir sonuca varamadı.
Hava durumu üzerindeki aktif etki - atmosferin bir kısmında teknik yollarla belirli fiziksel veya kimyasal özellikleri kısa bir süre için değiştirerek atmosferik süreçler sırasında insan müdahalesi. Buna bulutlardan yağmur veya kar yağışı, dolunun önlenmesi, bulutların ve sislerin dağılması, yerdeki hava tabakasındaki donların zayıflaması veya ortadan kaldırılması vb. dahildir.
İnsan, eski zamanlardan beri havayı değiştirmeye çalışıyor, ancak yalnızca 20. yüzyılda atmosferi etkilemek için havanın değişmesine neden olan özel teknolojiler geliştirildi.
Bulut tohumlama, hava durumunu değiştirmenin en yaygın yoludur; ya kuru yerlerde yağmur oluşturmak için ya da bulutlardaki nem dolu tanelerine dönüşmeden önce yağmura neden olan dolu olasılığını azaltmak ya da yağışı azaltmak için kullanılır.
Materyal, RIA Novosti ve açık kaynaklardan alınan bilgilere dayanılarak hazırlanmıştır.
Bir kasırga (veya kasırga), bir kümülonimbus (fırtına) bulutunda meydana gelen ve genellikle dünyanın yüzeyine, onlarca ve yüzlerce metre çapında bir bulut kılıfı veya gövdesi şeklinde yayılan atmosferik bir girdaptır. . Bazen denizde oluşan bir kasırga kasırga, karada ise kasırga olarak adlandırılır. Kasırgalara benzeyen ancak Avrupa'da oluşan atmosferik kasırgalara kan pıhtıları denir. Ancak daha sıklıkla bu üç kavramın tümü eşanlamlı olarak kabul edilir. Kasırgaların şekli farklı olabilir - bir sütun, bir koni, bir bardak, bir varil, bir kırbaç benzeri ip, bir kum saati, "şeytanın" boynuzları vb. ana buluttan sarkan dönen gövde, boru veya huni. Genellikle alt kısımdaki hortum hunisinin enine çapı 300-400 m'dir, ancak hortum su yüzeyine değerse bu değer ancak 20-30 m, huni kara üzerinden geçtiğinde ise 1,5 m'ye ulaşabilir. -3 km. Huninin içinde hava alçalır ve dışında yükselir, hızla dönerek çok seyrek bir hava alanı oluşturur. Seyrelme o kadar önemlidir ki, binalar da dahil olmak üzere gazla dolu kapalı nesneler, basınç farkı nedeniyle içeriden patlayabilir. Bir hunideki hava hareketinin hızını belirlemek hala ciddi bir problemdir. Temel olarak, bu miktarın tahminleri dolaylı gözlemlerden bilinmektedir. Girdabın yoğunluğuna bağlı olarak içindeki akış hızı değişebilmektedir. 18 m/s'yi geçtiğine ve bazı dolaylı tahminlere göre 1300 km/s hıza ulaşabileceğine inanılıyor. Kasırganın kendisi, onu oluşturan bulutla birlikte hareket eder. 1 km yarıçaplı ve ortalama hızı 70 m/s olan tipik bir kasırganın enerjisi, 20 kiloton TNT'lik standart bir atom bombasının enerjisine eşittir. 16 Temmuz 1945'te New Mexico'da Trinity testi. Kuzey Yarımküre'de, kasırgalarda hava dönüşü kural olarak saat yönünün tersine gerçekleşir. Kasırgaların oluşum nedenleri şu ana kadar tam olarak araştırılmamıştır. Yalnızca tipik kasırgaların en karakteristik özelliği olan bazı genel bilgileri belirtmek mümkündür. Kasırgalar genellikle troposfer cephelerinde oluşur - atmosferin 10 kilometrelik alt katmanındaki hava kütlelerini farklı rüzgar hızları, sıcaklıklar ve hava nemi ile ayıran arayüzler. Kasırgalar gelişimlerinde üç ana aşamadan geçerler. İlk aşamada, yerin üzerinde asılı duran bir gök gürültüsü bulutundan bir ilk huni belirir. Doğrudan bulutun altındaki soğuk hava katmanları, sırayla yükselen sıcak olanların yerini almak için aşağı doğru akar. (böyle kararsız bir sistem genellikle iki atmosferik cephe birleştiğinde oluşur - sıcak ve soğuk). Bu sistemin potansiyel enerjisi, havanın dönme hareketinin kinetik enerjisine dönüştürülür. Bu hareketin hızı artar ve klasik şeklini alır. Dönme hızı zamanla artarken, kasırganın merkezinde hava yoğun bir şekilde yukarı doğru yükselmeye başlar. Bir kasırganın varlığının ikinci aşaması bu şekilde ilerler - oluşan maksimum güç girdabının aşaması. Kasırga tamamen oluşmuştur ve farklı yönlerde hareket eder. Son aşama girdabın yok edilmesidir. Kasırganın gücü zayıflar, huni daralır ve dünyanın yüzeyinden koparak yavaş yavaş ana buluta yükselir. Kasırganın içinde ne olur? 1930'da Kansas'ta bir çiftçi mahzene inmek üzereyken aniden kendisine doğru hareket eden bir kasırga gördü. Gidecek hiçbir yer yoktu ve adam mahzene atladı. Ve burada inanılmaz derecede şanslıydı - kasırganın ayağı aniden yerden koptu ve şanslı olanın başının üzerinden geçti. Daha sonra çiftçi kendine geldiğinde gördüklerini şöyle anlatmış: “Huninin büyük, tüylü ucu tam başımın üstünden sarkıyordu. Etraftaki her şey hareketsizdi. Huniden bir ıslık sesi geldi. Yukarı baktım ve kasırganın kalbini gördüm. Ortasında yaklaşık bir kilometre kadar yükselen 30-70 metre çapında bir oyuk vardı. Boşluğun duvarları dönen bulutlardan oluşuyordu ve boşluğun kendisi sürekli bir şimşek parlaklığıyla, bir duvardan diğerine zikzak atlayarak aydınlatılıyordu ... ". İşte başka bir benzer durum. 1951'de Teksas'ta bir kişiye yaklaşan bir kasırga yerden koptu ve başının altı metre yukarısını süpürdü. Tanığa göre iç boşluğun genişliği yaklaşık 130 metre, duvarların kalınlığı ise yaklaşık 3 metredir. Ve boşluğun içinde mavi ışıkla parıldayan şeffaf bir bulut vardı. Bazı anlarda kasırga sütununun tüm yüzeyinin garip bir sarı tonlarda parlamaya başladığını iddia eden birçok tanık ifadesi var. Kasırgalar ayrıca güçlü elektromanyetik alanlar oluşturur ve şimşek eşlik eder. Kasırgalarda top şimşeği tekrar tekrar gözlemlendi. Kasırgalarda sadece parlak toplar değil, aynı zamanda parlak bulutlar, noktalar, dönen şeritler ve bazen halkalar da gözlenir. Açıkçası, kasırganın içindeki parlamalar, çeşitli şekil ve boyutlardaki çalkantılı girdaplarla ilişkilidir. Bazen tüm kasırga sarı renkte parlar. Kasırgalarda, genellikle çok güçlü akımlar gelişir. Sayısız yıldırım (sıradan ve küresel) tarafından boşaltılırlar veya kasırganın tüm yüzeyini kaplayan ve içine düşen nesneleri tutuşturan parlak bir plazma görünümüne yol açarlar. 119 kasırgayı inceleyen tanınmış araştırmacı Camille Flammarion, 70 vakada içlerinde elektrik varlığının şüphesiz olduğu ve 49 vakada "hiç elektrik izi olmadığı veya en azından olmadığı" sonucuna vardı. kendini gösterir." Bazen kasırgaları saran plazmanın özellikleri çok daha az bilinir. İmha bölgesine yakın bazı nesnelerin yandığı, kömürleştiği veya kuruduğu tartışmasızdır. K. Flammarion, 1839'da Shatney'i (Fransa) harap eden kasırganın "... yolunun kenarlarındaki ağaçları kavurduğunu ve bu yolda duranların köklerinden söküldüğünü yazdı. Girdap sadece kavrulmuş ağaçlara etki etti. bir yanda tüm yaprak ve dalların sararmakla kalmayıp kuruduğu, diğer yanda ise el değmeden kaldığı ve eskisi gibi yeşile döndüğü. 1904'te Moskova'da yıkıma neden olan kasırgadan sonra birçok ağaç devrildi. Hava kasırgalarının sadece havanın belirli bir eksen etrafında dönmesi olmadığı ortaya çıktı. Bu karmaşık bir enerji sürecidir. Görünürde bir sebep olmadan bir kasırga tarafından dokunulmayan insanlar ölür. Görünüşe göre, bu durumlarda insanlar yüksek frekanslı akımlarla öldürülüyor. Bu, hayatta kalan evlerde prizlerin, alıcıların ve diğer cihazların arızalanması, saatin ters gitmeye başlamasıyla doğrulanır. En fazla kasırga Kuzey Amerika kıtasında, özellikle Amerika Birleşik Devletleri'nin orta eyaletlerinde kaydedilmiştir (bir terim bile vardır - Tornado Alley. Bu, en fazla kasırganın olduğu orta Amerika eyaletlerinin tarihi adıdır. gözlemlendi), daha az - Amerika Birleşik Devletleri'nin doğu eyaletlerinde. Güneyde, Florida Keys'de, Mayıs'tan Ekim ortasına kadar neredeyse her gün denizden kasırgalar çıkıyor ve bölge bu nedenle "su hortumu ülkesi" lakabını aldı. 1969'da, burada 395 tür girdap kaydedildi. Kasırga oluşum koşullarının ortaya çıktığı dünyanın ikinci bölgesi, Avrupa (İber Yarımadası hariç) ve Rusya'nın tüm Avrupa bölgesidir. Kasırgaların sınıflandırılması Kırbaç benzeri Bu, en yaygın kasırga türüdür. Huni pürüzsüz, ince görünür ve oldukça dolambaçlı olabilir. Huninin uzunluğu, yarıçapını önemli ölçüde aşıyor. Suya inen zayıf kasırgalar ve girdaplar, kural olarak kamçı benzeri kasırgalardır. Bulanık Yere ulaşan tüylü, dönen bulutlar olarak görünür. Bazen böyle bir kasırganın çapı, yüksekliğini bile aşar. Büyük çaplı (0,5 km'den fazla) tüm kraterler belirsizdir. Genellikle bunlar çok güçlü kasırgalardır, genellikle bileşik olanlardır. Büyük boyutları ve çok yüksek rüzgar hızları nedeniyle çok büyük hasara neden olurlar. Bileşik Mayıs, ana merkezi hortumun etrafındaki iki veya daha fazla ayrı kan pıhtısından oluşabilir. Bu tür kasırgalar hemen hemen her güçte olabilir, ancak çoğu zaman çok güçlü kasırgalardır. Geniş alanlarda önemli hasarlara neden olurlar. Ateşli Bunlar, güçlü bir yangın veya volkanik patlama sonucu oluşan bir bulut tarafından üretilen sıradan kasırgalardır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kasırgaların gücünü karakterize etmek için, 7 kategoriden oluşan Fujita-Pearson ölçeği geliştirilmiştir ve sıfır (en zayıf) rüzgar gücü, Beaufort ölçeğindeki kasırga rüzgarıyla çakışmaktadır. Beaufort ölçeği, Dünya Meteoroloji Örgütü tarafından karadaki nesneler üzerindeki etkisiyle veya açık denizlerdeki dalgalarla yaklaşık bir rüzgar hızı tahmini için kabul edilen on iki puanlık bir ölçektir. 0 - sakin ile 12 - kasırga arasında hesaplanmıştır. Kasırgalar, şehirleri korkunç bir güçle süpürür ve onları yüzlerce sakinle birlikte Dünya'nın yüzünden süpürür. Bazen bu doğal unsurun güçlü yıkıcı gücü, birkaç kasırganın aynı anda birleşip saldırması nedeniyle artar. Kasırgadan sonraki bölge, korkunç bir bombalamadan sonraki savaş alanı gibidir. Örneğin, 30 Mayıs 1879'da, 20 dakikalık bir arayla birbirini takip eden iki kasırga, kuzey Kansas'ta 300 nüfuslu Irving taşra kasabasını yerle bir etti. Irving kasırgası, kasırgaların muazzam gücünün en ikna edici kanıtlarından biriyle ilişkilendirilir: Big Blue Nehri boyunca uzanan 75 m uzunluğundaki çelik bir köprü havaya kaldırıldı ve bir ip gibi büküldü. Köprünün kalıntıları, en fantastik şekilde yırtılmış ve bükülmüş yoğun, kompakt bir çelik bölmeler, kafes kirişler ve halatlar yığınına indirgenmişti. Aynı kasırga Freeman Gölü'nden geçti. Demiryolu köprüsünün dört bölümünü beton desteklerden kopardı, havaya kaldırdı, yaklaşık kırk fit sürükledi ve göle attı. Her biri yüz on beş ton ağırlığındaydı! Bence bu yeterli
Altıncı Bölüm
GAZLARIN VE SIVILARIN VORTEKS HAREKETİ
6.1. Atmosferik girdapların bilmeceleri
Her yerde gazların ve sıvıların girdap hareketiyle ilgileniyoruz. Dünyadaki en büyük girdaplar, antisiklonlarla birlikte - dünya atmosferinin girdap hareketi tarafından yakalanmayan, gezegendeki hava durumunu belirleyen artan basınç bölgeleri olan atmosferik siklonlardır. Siklonların çapı binlerce kilometreyi buluyor. Siklondaki hava karmaşık bir üç boyutlu sarmal hareket yapar. Kuzey Yarımküre'de, siklonlar, banyodan boruya akan su gibi, saat yönünün tersine (yukarıdan bakıldığında), Güney Yarımküre'de - Dünya'nın dönüşünden kaynaklanan Coriolis kuvvetlerinin etkisiyle saat yönünde döner.
Siklonun merkezindeki hava basıncı, siklonun dönüşü sırasında merkezkaç kuvvetlerinin etkisiyle açıklanan çevresine göre çok daha düşüktür.
Orta enlemlerde, atmosferik cephelerin eğri olduğu yerlerde ortaya çıkan bir orta enlem siklonu, güneyden sıcak hava taşıdığı esas olarak kuzeye doğru hareketi sırasında kademeli olarak giderek daha istikrarlı ve güçlü bir oluşuma dönüşür. Ortaya çıkan siklon ilk başta yalnızca iyi ısınmış olan havanın alt yüzey katmanlarını yakalar. Girdap aşağıdan yukarıya doğru büyür. Siklonun daha da gelişmesiyle birlikte, içine hava akışı hala dünyanın yüzeyinin yakınında meydana geliyor. Siklonun orta kısmında yükselen bu sıcak hava 6-8 km yükseklikte oluşan siklonu terk eder. Soğuğun hüküm sürdüğü bir yükseklikte içerdiği su buharı yoğunlaşarak bulutların ve yağışların oluşmasına neden olur.
Bugün dünyanın dört bir yanındaki meteorologlar tarafından tanınan bir siklonun gelişiminin böyle bir resmi, 70'lerde SSCB'de yağmura neden olmak için oluşturulan meteoron kurulumlarında başarıyla modellendi ve Ermenistan'da başarıyla test edildi. Yere monte edilmiş turbojet motorları, yukarı doğru yükselen dönen bir sıcak hava akımı yarattı. Bir süre sonra, bu yerin üzerinde bir bulut doğdu, yavaş yavaş büyüyen bir buluta dönüştü ve yağmur yağdı.
Pasifik'te tayfun ve Atlantik'te kasırga olarak adlandırılan tropikal siklonlar, yavaş orta enlem siklonlarından çok daha farklı davranırlar. Orta enlemdekilerden çok daha küçük çaplara (100-300 km) sahiptirler, ancak büyük basınç gradyanları, çok kuvvetli rüzgarlar (50 ve hatta 100 m/s'ye kadar) ve şiddetli yağmurlar ile ayırt edilirler.
Tropikal siklonlar yalnızca okyanus üzerinde, çoğunlukla 5 ila 25 ° kuzey enlemleri arasında ortaya çıkar. Saptırıcı Coriolis kuvvetlerinin küçük olduğu ekvatora daha yakın yerlerde üretilmezler, bu da Coriolis kuvvetlerinin siklon oluşumundaki rolünü kanıtlar.
Önce batıya, sonra kuzeye veya kuzeydoğuya hareket eden tropikal siklonlar, yavaş yavaş sıradan ama çok derin siklonlara dönüşür. Okyanustan karaya çıkarken, hızla üzerinde kaybolurlar. Bu nedenle, okyanus nemi yaşamlarında büyük bir rol oynar ve yükselen girdap hava akışında yoğunlaşarak büyük miktarda gizli buharlaşma ısısı açığa çıkarır. İkincisi havayı ısıtır ve yükselişini arttırır, bu da bir tayfun veya kasırga yaklaştığında atmosferik basınçta güçlü bir düşüşe yol açar.Pirinç. 6.1. Dev atmosferik tayfun girdabı (uzaydan görünüm)
Bu dev azgın kasırgaların iki gizemli özelliği var. İlk olarak, nadiren Güney Yarımküre'de görünürler. İkincisi, merkezde böyle bir "fırtınanın gözü" oluşumunun varlığıdır - sakin ve açık gökyüzü ile karakterize edilen 15-30 km çapında bir bölge.
Bir tayfunun ve hatta daha çok orta enlemdeki bir siklonun devasa çapları nedeniyle bir kasırga olduğunu görmek ancak kozmik bir yükseklikten mümkündür. Astronotlar tarafından çekilen dönen bulut zincirlerinin fotoğrafları muhteşem. Ancak bir yer gözlemcisi için, görüntüleme için en belirgin atmosferik girdap türü bir kasırgadır. Bulutlara doğru uzanan dönme sütununun çapı en ince yerinde karadan 300-1000 m, denizden ise sadece onlarca metre yüksekliktedir. Kasırgaların Avrupa'dan çok daha sık (yılda 200'e kadar) göründüğü Kuzey Amerika'da bunlara kasırga denir. Orada esas olarak denizden kaynaklanırlar ve karanın üzerinde olduklarında öfkelenirler.
Bir kasırganın doğuşuna dair şu resim verilmektedir: “30 Mayıs 1979 günü öğleden sonra saat 4 sularında Kansas'ın kuzeyinde siyah ve yoğun iki bulut bir araya geldi. 15 dakika sonra çarpışıp birleştiler. tek bir bulutta, alt yüzeyinden bir huni büyüdü, hızla uzadı, kocaman bir sandık şeklini aldı, yere ulaştı ve üç saat boyunca dev bir yılan gibi devletin etrafında oyunlar oynadı, gelen her şeyi parçalayıp yok etti. yolunda - evler, çiftlikler, okullar ... "
Bu kasırga, 75 metrelik betonarme köprüyü taş boğalardan kopardı, düğümledi ve nehre attı. Uzmanlar daha sonra bunu başarmak için hava akışının süpersonik hıza sahip olması gerektiğini hesapladılar.
Bu hızdaki kasırgalarda havanın ne yaptığı insanların kafasını karıştırıyor. Böylece, bir kasırgada dağılan talaşlar, tahtalara ve ağaç gövdelerine kolayca nüfuz eder. Kasırga tarafından yakalanan metal bir tencerenin, metali kırmadan tersyüz edildiği söylenir. Bu tür hileler, bu durumda metalin deformasyonunun, nesne havada olduğu için metale zarar verebilecek sert bir destek olmadan gerçekleştirildiği gerçeğiyle açıklanmaktadır.
Pirinç. 6.2. Bir kasırganın fotoğrafı.Kasırgalar, yalnızca Kuzey Yarımküre'de ortaya çıkmalarına rağmen, hiçbir şekilde nadir görülen bir doğal fenomen değildir, bu nedenle onlar hakkında birçok gözlemsel veri birikmiştir. Kasırganın hunisinin ("gövdesi") boşluğu, çılgınca saat yönünün tersine (bir tayfunda olduğu gibi) dönen hava "duvarları" ile çevrilidir (bkz. Şekil 6.3.) Burada hava hızı 200-300'e ulaşır. Hanım. Artan gaz hızıyla içindeki statik basınç azaldığından, kasırganın "duvarları" dünya yüzeyine yakın ısınan havayı ve onunla birlikte elektrikli süpürge gibi karşısına çıkan nesneleri emer.
Tüm bu nesneler, bazen kasırganın dayandığı buluta kadar yükselir.
Kasırgaların kaldırma kuvveti çok yüksektir. Bu nedenle, yalnızca küçük nesneleri değil, bazen hayvanları ve insanları da önemli mesafelere taşırlar. 18 Ağustos 1959'da Minsk bölgesinde bir kasırga atı hatırı sayılır bir yüksekliğe kaldırdı ve götürdü. Hayvanın cesedi sadece bir buçuk kilometre uzaklıkta bulundu. 1920'de, Kansas eyaletinde, bir kasırga bir okulu yerle bir etti ve bir öğretmeni, sıralarıyla birlikte tüm sınıftaki öğrencilerle birlikte havaya kaldırdı. Birkaç dakika sonra, okulun enkazıyla birlikte hepsi yere indirildi. Çocukların çoğu ve öğretmen hayatta ve zarar görmeden kaldı, ancak 13 kişi öldü.
Kasırgaların insanları önemli mesafelere kaldırıp taşıdığı ve ardından zarar görmeden kaldıkları birçok durum vardır. Bunlardan en paradoksal olanı şu şekilde anlatılıyor: Moskova yakınlarındaki Mytishchi'de bir kasırga Selezneva köylü bir kadının ailesine uçtu. Kadını, en büyük oğlu ve bebeği hendeğe atarak ortanca oğlu Petya'yı alıp götürdü. Ancak ertesi gün Moskova'daki Sokolniki Parkı'nda bulundu. Oğlan yaşıyordu ve iyiydi ama ölesiye korkmuştu. Buradaki en garip şey, Sokolniki'nin Mytishchi'den kasırganın hareket ettiği yönde değil, ters yönde yer almasıdır. Çocuğun kasırga sırasında değil, ters yönde, her şeyin uzun süredir sakinleştiği ortaya çıktı! Yoksa zamanda yolculuk mu yaptı?
Bir kasırgadaki nesnelerin kuvvetli bir rüzgar tarafından taşınması gerektiği anlaşılıyor. Ancak 23 AVP/100, 1953'te, Rostov'daki bir kasırga sırasında, şiddetli bir rüzgarın evin pencerelerini ve kapılarını açtığı söylenir. Aynı zamanda şifonyerin üzerindeki çalar saat üç kapıdan, bir mutfaktan, bir koridordan geçerek evin tavan arasına uçtu. Hangi güçler onu sürdü? Ne de olsa bina zarar görmeden kaldı ve çalar saati bu şekilde taşıyabilen rüzgar, çalar saatten çok daha büyük bir rüzgara sahip olan binayı tamamen yıkmak zorunda kaldı.
Ve neden kasırgalar, küçük nesne yığınlarını bulutlara kadar kaldırıyor, onları neredeyse bir yığın gibi, dağılmıyor, sanki kollarından dökülüyormuş gibi hatırı sayılır bir mesafeye indiriyor?
Ana fırtına bulutu ile ayrılmaz bağlantı, bir kasırga ile atmosferin diğer girdap hareketleri arasındaki karakteristik bir farktır. Ya fırtına bulutundan kasırganın "gövdesi" boyunca büyük elektrik akımları yere aktığı için ya da kasırganın kasırgasındaki toz ve su damlaları sürtünme nedeniyle güçlü bir şekilde elektriklendiği için, ancak kasırgalara yüksek düzeyde elektrik eşlik eder. aktivite. Duvardan duvara "gövdenin" boşluğu sürekli olarak elektrik deşarjlarıyla delinir. Çoğu zaman parlıyor bile.
Ancak kasırganın "gövdesinin" boşluğu içinde, havanın girdap hareketi zayıflar ve daha çok aşağıdan yukarıya değil, yukarıdan aşağıya doğru yönlendirilir * (* Bununla birlikte, bir kasırganın "gövdesinin" boşluğunda havanın aşağıdan yukarıya ve duvarlarında - yukarıdan aşağıya hareket ettiği belirtilmektedir.). Kasırga içindeki aşağı doğru akışın o kadar güçlü hale geldiği ve nesneleri toprağa bastırdığı durumlar vardır (bkz. Şekil 6.3.). Bir kasırganın iç boşluğunda yoğun bir dönüşün olmaması, onu bu açıdan bir tayfuna benzer kılar. Evet ve kasırgadaki "fırtınanın gözü" buluttan yere ulaşmadan önce var olur. Y. Maslov bunu şiirsel bir şekilde şöyle tanımlıyor: "Bir gök gürültüsü bulutunda," göz ", yani ölü, cansız bir gözbebeği olan" bir "göz" aniden belirir. Avın içine baktığı duygusu, onu fark etti! bir kurye treninin kükremesi ve hızıyla yere koşar ve arkasında uzun, açıkça görülebilen bir iz - bir kuyruk bırakır.
Uzmanlar, kasırgaların ve hatta tayfunların emrinde olan gerçekten tükenmez enerjinin kaynakları sorusuyla uzun zamandır ilgileniyorlar. Büyük nemli hava kütlelerinin termal enerjisinin nihayetinde atmosferik girdapta hava hareketinin enerjisine dönüştürüldüğü açıktır. Ama onu bir kasırganın gövdesi kadar küçük hacimlerde yoğunlaştıran nedir? Ve böyle kendiliğinden bir enerji konsantrasyonu, termal enerjinin ancak kendiliğinden dağılabileceğini söyleyen termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişmiyor mu?
Bu konuda birçok hipotez var, ancak hala net cevaplar yok.
Gaz girdaplarının enerjisini araştıran V. A. Atsukovsky, "bir gaz girdabının gövdesinin, girdap oluşumu sürecinde çevre tarafından sıkıştırıldığını" yazıyor. Bu, bir kasırganın "gövdesinin" tabanından daha ince olması ve zemine sürtünmenin onun yüksek bir dönüş hızı geliştirmesine izin vermemesi gerçeğiyle doğrulanır. Girdabın gövdesinin ortam basıncıyla sıkışması, momentumun korunumu yasasının bir sonucu olarak dönme hızının artmasına neden olur. Ve girdaptaki gazın hızının artmasıyla, içindeki statik basınç daha da düşer. Atsyukovsky, bundan, girdabın çevrenin enerjisini yoğunlaştırdığı ve bu sürecin, enerjinin çevreye dağılmasıyla birlikte temelde diğerlerinden farklı olduğu sonucuna varır.
Gaz girdaplarının önemli miktarlarda enerji yaydığını keşfetmek mümkün olsaydı, hareket teorisinin termodinamiğin ikinci yasasını kurtarabileceği yer burasıdır. Bölüm 4.4'te söylenenlerin ışığında, hareket teorisi, havanın bir kasırga veya tayfunda döndüğü zaman, havayı döndürmek için tükettiklerinden daha az enerji yaymamasını gerektirir. Ve bir kasırga ve hatta bir tayfun aracılığıyla, varlığı sırasında, büyük hava kütleleri bükülerek geçer.
Görünüşe göre nemli havanın "ekstra" kütle enerjisini yaymadan dışarı atması daha kolay. Nitekim nem yoğuşmasından sonra atmosferik bir girdap tarafından çok yükseklere kaldırıldığında, düşen yağmur damlaları girdaptan ayrılır ve bu nedenle kütlesi azalır. Ancak girdabın termal enerjisi bundan sadece azalmakla kalmaz, aksine suyun yoğunlaşması sırasında gizli buharlaşma ısısının salınması nedeniyle artar. Bu, hem havanın yükselme hızının artması nedeniyle hem de girdabın gövdesi sıkıştırıldığında dönme hızının artması nedeniyle girdaptaki hareket hızında bir artışa yol açar. Ayrıca su damlalarının kütlesinin girdaptan uzaklaştırılması, dönen sistemin bağlanma enerjisinde bir artışa ve kalan girdapta kütle kusurunda bir artışa yol açmaz. Sistemin dönüşünün hızlanması sırasında sistemin iç enerjisinin bir kısmı - ısı - ondan çıkarılırsa, sistemin bağlanma enerjisi artacaktır (ve bununla birlikte sistemin kararlılığı artacaktır). Ve ısı en kolay şekilde radyasyonla giderilir.
Görünüşe göre, kasırga ve tayfunların tepe (kızılötesi ve mikrodalga) radyasyonunu kaydetmeye çalışmak kimsenin aklına gelmemişti. Belki vardır ama biz henüz bilmiyoruz. Ancak birçok insan ve hayvan, kapalı alanda ve gökyüzüne bakmadan bile bir kasırganın yaklaştığını hisseder. Ve bence bu sadece kargaların boşlukları olan kemiklerdeki ağrıdan vıraklamasına neden olan atmosferik basınçtaki düşüş nedeniyle değil. İnsanlar başka bir şey hissediyor, bazıları korkutucu, bazıları heyecan verici. Belki de bu, bir kasırga ve tayfunun çok yoğun olması gereken burulma radyasyonudur?
Astronotlardan tayfunların uzaydan kızılötesi fotoğraflarını çekmelerini istemek ilginç olurdu. Görünüşe göre bu tür fotoğraflar bize pek çok yeni şey anlatabilir.
Bununla birlikte, güneş sistemindeki gezegenlerin atmosferlerindeki en büyük siklonun bu tür fotoğrafları, kızılötesi ışınlarda olmasa da, uzun süredir kozmik bir yükseklikten çekilmiştir. Bunlar, 1979'da Amerikan uzay aracı Voyager 1'den çekilen fotoğraflarının incelenmesi sonucunda, Jüpiter'in güçlü atmosferinde sürekli var olan devasa bir kasırga olan Jüpiter'in Büyük Kırmızı Lekesi'nin fotoğraflarıdır (Şekil 6. 4). . 40x13 bin km boyutlarındaki bu kiklopik kiklopik tayfunun "fırtınanın gözü", adının geldiği uğursuz bir kırmızı renkle görünür ışık aralığında bile parlıyor.
Pirinç. 6.4. Jüpiter'in Büyük Kırmızı Noktası (SR) ve noktanın çevresi ("Voyager 1", 1979).6.2. Girdap Derecesi etkisi
Fransız metalürji mühendisi J. Ranke, tozdan gaz arıtmak için döngüsel ayırıcıları araştırırken, 1920'lerin sonlarında olağandışı bir fenomen keşfetti: jetin merkezinde, siklondan ayrılan gazın sıcaklığı ilk sıcaklıktan daha düşüktü. Zaten 1931'in sonunda Ranke, basınçlı hava akımının soğuk ve sıcak olmak üzere iki akıma ayrıldığı "vorteks tüpü" (VT) adını verdiği bir cihazın ilk patentini aldı. Yakında diğer ülkelerde bu buluşun patentini alır.
1933'te Ranke, BT'de sıkıştırılmış gazın ayrılmasıyla ilgili keşfettiği fenomen hakkında Fransız Fizik Derneği'ne bir rapor verdi. Ancak bu sürecin fiziğini kimse açıklayamadığı için mesajı bilim camiası tarafından güvensizlikle karşılandı. Sonuçta, bilim adamları bundan kısa bir süre önce, sıcak gazı sıcak ve soğuğa ayırmak için hızlı gaz moleküllerini bir kaptan bir mikro delikten serbest bırakmak zorunda kalan "Maxwell'in iblisi" fantastik fikrinin uygulanamazlığını fark ettiler. gaz ve yavaş olanları serbest bırakmayın. Herkes bunun termodinamiğin ikinci yasası ve artan entropi yasasıyla çeliştiğine karar verdi.
Pirinç. 6.5. Girdap tüpü Ranke.20 yılı aşkın bir süredir Ranke'nin keşfi göz ardı edildi. Ve sadece 1946'da Alman fizikçi R. Hilsch, bu tür cihazların tasarımı için tavsiyelerde bulunduğu VT'nin deneysel çalışmaları üzerine bir çalışma yayınladı. O zamandan beri, bazen Ranke-Hilsch boruları olarak anılıyorlar.
Ancak 1937'de, Sovyet bilim adamı K. Strahovich, Ranke'nin deneylerini bilmeden, uygulamalı gaz dinamikleri üzerine verdiği bir derste, dönen gaz akışlarında sıcaklık farklılıklarının ortaya çıkması gerektiğini teorik olarak kanıtladı. Ancak diğer birçok ülkede olduğu gibi SSCB'de de ancak İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra girdap etkisinin yaygın kullanımı başlamıştır. 70'lerin başında bu yöndeki Sovyet araştırmacılarının dünya liderliğini ele geçirdiği unutulmamalıdır. VT üzerine bazı Sovyet çalışmalarına genel bir bakış, örneğin, hem bu bölümde yukarıdakileri hem de aşağıda belirtilenlerin çoğunu ödünç aldığımız kitapta verilmiştir.
Diyagramı Şekil 1'de gösterilen Ranke vorteks tüpünde. Şekil 6.5'te silindirik bir boru 1, bir ucundan bir salyangoz 2'ye bağlanmıştır, bu boru, iç yüzeyinin çevresine teğet olarak boruya sıkıştırılmış çalışma gazının beslenmesini sağlayan, dikdörtgen kesitli bir meme girişi ile son bulur. Diğer uçta, sarmal, çapı borunun (1) iç çapından önemli ölçüde daha küçük olan, ortasında bir delik bulunan bir diyafram (3) ile kapatılır. Bu delikten, borudan (1) soğuk bir gaz akışı çıkar; boru 1'deki girdap hareketi sırasında soğuk (merkezi) ve sıcak (çevresel) kısımlara ayrılır. Borunun (1) iç yüzeyine bitişik olan akışın sıcak kısmı döner, borunun (1) uzak ucuna hareket eder ve kenarı ile ayarlama konisi (4) arasındaki dairesel boşluktan dışarı çıkar.
B, herhangi bir hareketli gaz (veya sıvı) akışının, bildiğiniz gibi, iki sıcaklığa sahip olduğunu açıklar: termodinamik (statik olarak da adlandırılır) T, gaz moleküllerinin termal hareket enerjisi tarafından belirlenir (bu sıcaklık, birlikte hareket eden bir termometre ile ölçülecektir. aynı hızdaki gaz akışı V, akış) ve akış yoluna yerleştirilmiş sabit bir termometre ile ölçülen durgunluk sıcaklığı T0. Bu sıcaklıklar ilişki ile ilişkilidir.
(6.1)
burada C, gazın özgül ısı kapasitesidir. (6.1)'deki ikinci terim, termometre üzerindeki gaz akışının yavaşlamasına bağlı olarak sıcaklıktaki artışı tanımlar. Durgunluk sadece ölçüm noktasında değil, aynı zamanda tüm akış bölümünde gerçekleştirilirse, gazın tamamı T0 durma sıcaklığına kadar ısıtılır. Bu durumda akışın kinetik enerjisi ısıya dönüşür.
Formülü (6.1) dönüştürerek, ifadeyi elde ederiz
(6.2)
bu, adyabatik koşullar altında akış hızı V arttıkça termodinamik sıcaklığın düştüğünü söyler.
Son ifadenin yalnızca gaz akışı için değil, aynı zamanda sıvı akışı için de geçerli olduğuna dikkat edin. İçinde, adyabatik koşullar altında V akış hızındaki artışla birlikte, sıvının termodinamik sıcaklığı da düşmelidir. L. Gerbrand'ın Bölüm 3.4'te nehir suyunun ısısını türbine sağlanan akışın kinetik enerjisine dönüştürmeyi önerdiğinde, tam da türbine giden daralan kanalda hızlanan su akışının sıcaklığındaki bu düşüşe dikkat çekmiştir. hidroelektrik santralleri.
Nitekim (6.1) ifadesini bir kez daha şu şekilde yeniden yazmak
(6.3)
su akışının kinetik enerjisindeki artış için formülü elde ederiz
(Burada m borudan geçen su kütlesidir).
Ama girdap tüpüne geri dönelim. Giriş kıvrımında yüksek bir hıza hızlanan gaz, silindirik borunun (1) girişinde maksimum teğetsel hıza (VR) ve en düşük termodinamik sıcaklığa sahiptir. Daha sonra boru 1'de silindirik bir spiral boyunca uzaktaki çıkışa doğru hareket eder, koni 4 tarafından kısmen kapatılır. Bu koni çıkarılırsa, tüm gaz akışı boru 1'in uzak (sıcak) ucundan serbestçe çıkacaktır. Ayrıca, VT diyafram 3'teki delikten ve dış havanın bir kısmını emecektir. (Direkt akışlı olanlara göre daha küçük boyutlara sahip olan vorteks ejektörlerin çalışması bu prensibe dayanmaktadır.)
Ancak koni (4) ile borunun (1) kenarı arasındaki boşluğu ayarlayarak, borudaki basıncı, harici havanın emişinin durduğu ve gazın bir kısmının borudan (1) çıkmaya başladığı bir değere yükseltirler. diyafram 3'teki delikten. Aynı zamanda, boru 1'de ana (çevresel) doğru hareket eden, ancak içinde belirtildiği gibi aynı yönde dönen merkezi (paraksiyal) bir girdap akışı belirir.
VT'de meydana gelen tüm süreç kompleksinde, çoğu araştırmacının görüşüne göre, enerjinin içindeki periferik ve merkezi girdap gazı akışları arasında yeniden dağıtımını belirleyen iki ana süreç vardır.
Ana süreçlerden ilki, boru boyunca hareket ederken dönen akışların teğetsel hızlarının alanının yeniden yapılandırılmasıdır. Hızla dönen çevresel akış, dönüşünü kademeli olarak kendisine doğru hareket eden merkezi akışa aktarır. Sonuç olarak, merkezi akışın gaz parçacıkları diyaframa (3) yaklaştığında, her iki akışın dönüşü aynı yöne yönlendirilir ve ekseni etrafında gaz yerine katı bir silindir dönüyormuş gibi gerçekleşir. Böyle bir girdaba "yarı katı" denir. Bu ad, dönen bir katı silindirin parçacıklarının, silindirin ekseni etrafındaki hareketlerinde, teğetsel hızın eksene olan mesafeye aynı bağımlılığına sahip olması gerçeğiyle belirlenir: Vr. =. ?R.
WP'deki ikinci ana süreç, akışlar arasındaki türbülanslı enerji alışverişinin neden olduğu, WP'nin her bir bölümünde çevresel ve merkezi akışların termodinamik sıcaklıklarının eşitlenmesidir. Bu hizalama olmadan, periferik olandan daha düşük teğetsel hızlara sahip olan iç akış, periferik olandan daha yüksek bir termodinamik sıcaklığa sahip olacaktır. Çevresel akışın teğetsel hızları merkezi olanınkinden daha büyük olduğundan, termodinamik sıcaklıklar eşitlendikten sonra, koni 4 tarafından yarı kaplı boru 1'in çıkışına doğru hareket eden çevresel akışın durgunluk sıcaklığı şu şekilde ortaya çıkıyor: diyafram 3'teki deliğe doğru hareket eden merkezi akışınkinden daha büyük.
Açıklanan iki ana sürecin eşzamanlı eylemi, çoğu araştırmacıya göre, enerjinin VT'deki merkezi gaz akışından periferik olana aktarılmasına ve gazın soğuk ve sıcak akışlara ayrılmasına yol açar.
VT'nin çalışmasına ilişkin bu fikir, uzmanların çoğu tarafından hala kabul edilmektedir. Ve VT'nin kapsamı o zamandan beri genişlemesine rağmen, Ranke zamanından bu yana VT'nin tasarımı pek değişmedi. Silindir yerine konik (küçük konik açılı) tüp kullanan VT'lerin biraz daha iyi performans gösterdiği bulunmuştur. Ancak bunların üretimi daha zordur. Çoğu zaman, gazlarla çalışan VT'ler soğuk üretmek için kullanılır, ancak bazen, örneğin girdap termostatlarında çalışırken hem soğuk hem de sıcak akışlar kullanılır.
Vorteks tüpünün verimliliği diğer endüstriyel buzdolaplarından çok daha düşük olmasına rağmen, bunun nedeni gazı VT'ye beslenmeden önce sıkıştırmak için yüksek enerji tüketimi, tasarımın aşırı basitliği ve VT'nin iddiasızlığı birçok uygulama için vazgeçilmezdir.
VT, herhangi bir gaz halindeki çalışma sıvısıyla (örneğin, su buharı ile) ve çeşitli basınç düşüşlerinde (bir atmosferin fraksiyonlarından yüzlerce atmosfere kadar) çalışabilir. VT'deki gaz akış hızlarının aralığı da çok geniştir (m3/saat kesirlerinden yüzbinlerce m3/saat'e kadar) ve dolayısıyla kapasitelerinin aralığı. Ancak artış ile
VT'nin çapı (yani, gücündeki artışla birlikte) VT'nin verimliliğini artırır.
VT aynı anda soğuk ve sıcak gaz akımları üretmek için kullanıldığında, boru soğutulmamış hale getirilir. Bu tür WT'lere adyabatik denir. Ancak yalnızca soğuk bir akış kullanıldığında, boru gövdesinin veya uzak (sıcak) ucunun bir su ceketi veya başka bir yöntemle zorla soğutulduğu VT kullanmak daha karlı. Soğutma, HT'nin soğutma kapasitesini artırmanızı sağlar.6.3. Girdap tüpü paradoksları
(Hızlı gaz moleküllerinin yavaş olanlardan ayrılmasını sağlayan) "Maxwell'in şeytanı" haline gelen girdap tüpü, J. Ranke tarafından icadından sonra uzun süre tanınmadı.Genel olarak, tüm işlemler ve cihazlar , teorik gerekçelendirme ve bilimsel açıklama almazlarsa, aydınlanmış "yüzyılımızda neredeyse kesinlikle reddedilmeye mahkumdurlar. Bu, isterseniz, aydınlanmanın diğer yüzüdür: anlık bir açıklama bulamayan her şeyin var olma hakkı yoktur. ! Ve Ranke'nin kavalında, eserine ilişkin yukarıdaki açıklamanın ortaya çıkmasından sonra bile, pek çok şey kaldı ve belirsizliğini koruyor. Ne yazık ki, kitapların ve ders kitaplarının yazarları, belirli konuların muğlaklıklarına nadiren dikkat çekerler, aksine, daha çok, bilimin her şeye kadir olduğu görüntüsünü yaratmak için onları atlatmak ve perdelemek. Kitap bu açıdan bir istisna değildir.
Yani, yeniden dağıtım sürecini açıklarken 25. sayfasında! Dönen gaz akışlarının hız alanını yeniden düzenleyerek ve "yarı katı" bir girdabın görünümünü yeniden düzenleyerek VT'deki enerji, bir miktar karışıklık fark edilebilir. Örneğin) şöyle okuyoruz: "Merkezi akış ...'a doğru hareket ettiğinde, dış akışın yanından giderek daha yoğun bir girdap yaşar. Bu süreçte, dış katmanlar iç katmanları büktüğünde sonuç olarak .. .iç akışın teğetsel hızları azalır ve dışsal olanlar artar". Bu cümlenin mantıksızlığı, kitabın yazarlarının açıklanamayan bir şeyi saklamaya, mantık olmayan bir yerde mantık görüntüsü vermeye mi çalıştıklarını merak etmenize neden olacak.
VT'deki süreçleri tanımlayan bir gaz-dinamik denklemler sistemi kurarak ve çözerek bir VT teorisi yaratma girişimleri, birçok yazarı aşılmaz matematiksel zorluklara götürdü. Bu arada, girdap etkisi üzerine deneyciler tarafından yapılan araştırmalar, onda giderek daha fazla yeni özellik ortaya çıkardı ve kabul edilen hipotezlerin hiçbirine göre gerekçesi imkansız hale geldi.
1970'lerde, kriyojenik teknolojinin gelişimi, girdap etkisinin yeni olasılıklarının araştırılmasını teşvik etti, çünkü diğer mevcut soğutma yöntemleri - gaz kısma, püskürtme ve gaz genişletme - büyük hacimleri soğutmaktan kaynaklanan pratik sorunlara bir çözüm sağlamadı. ve düşük yoğuşma sıcaklığına sahip sıvılaştırıcı gazlar. Bu nedenle girdaplı soğutucuların çalışmasına yönelik araştırmalar daha da yoğun bir şekilde devam etti.
Bu yöndeki en ilginç sonuçlar Leningraders V. E. Finko tarafından elde edildi. 14°'ye kadar koniklik açısına sahip bir VT'ye sahip vorteks soğutucusunda, 30°K'ye kadar hava soğutması sağlandı. Girişteki gaz basıncında 4 MPa ve daha yüksek bir artışla soğutma etkisinde önemli bir artış kaydedildi, bu [1 MPa'dan daha yüksek bir basınçta VT verimliliğinin pratik olarak artmadığı genel kabul görmüş bakış açısıyla çelişiyordu. artan basınç ile.
Ses altı giriş akış hızlarına sahip bir girdap soğutucunun testleri sırasında bulunan bu ve diğer özellikler, girdap etkisi hakkındaki mevcut fikirlerle ve onun yardımıyla gaz soğutmayı hesaplamak için literatürde kullanılan yöntemle tutarsız, V. E. Finko'yu bu tutarsızlıkları analiz etmeye sevk etti. .
Sadece soğuk (Tx) değil, aynı zamanda "sıcak" (Tr) giden gaz akışlarının durgunluk sıcaklıklarının, VT'sine sağlanan gazın T sıcaklığından önemli ölçüde düşük olduğunu fark etti. Bu, WT'sindeki enerji dengesinin, adyabatik WT'ler için iyi bilinen Hilsch denge denklemine karşılık gelmediği anlamına geliyordu.
(6.5)
burada I, çalışma gazının özgül entalpisidir,
Mevcut literatürde Finko, (6.5) ilişkisinin doğrulanmasına ayrılmış makaleler bulamadı. Yayınlanan çalışmalarda, kural olarak, soğuk akış fraksiyonu JLI aşağıdaki formül kullanılarak hesaplandı:
(6.6)
sıcaklık ölçümlerinin sonuçlarına göre Tovh Gog Goh. Son formül, koşullar kullanılarak (6.5)'ten elde edilir:
V.E.Finko, akış durgunluk sıcaklıklarının ölçülmesiyle birlikte Ovkh, Ox, Og gaz akış hızlarının ölçümlerinin yapıldığı, içinde açıklanan bir stant oluşturur. Sonuç olarak, deneylerde gelen ve giden akışların spesifik entalpilerindeki fark% 9-24 olduğundan ve bir artışla arttığından, ifadenin (6.5) WP'nin enerji dengesini hesaplamak için kabul edilemez olduğu kesin olarak tespit edildi. giriş basıncında veya giriş gazının sıcaklığında bir azalma ile. Finko, ilişki (6.5) ile test sonuçları arasında daha önce diğer araştırmacıların çalışmalarında, örneğin tutarsızlığın %10-12 olduğu çalışmalarda gözlemlendiğini, ancak bu çalışmaların yazarlarının maliyetleri ölçmenin yanlışlığını açıkladığını belirtiyor.
Ayrıca, V. E. Finko, karşı akım türbülanslı ısı transferi mekanizması da dahil olmak üzere VT'de daha önce önerilen ısı transferi mekanizmalarından hiçbirinin, onun tarafından kaydedilen önemli sıcaklık düşüşlerine yol açan gazdan yüksek ısı çıkarma oranlarını açıklamadığını belirtiyor (~ 70 °K ve daha fazla) vorteks soğutucusunda. Gazın VT'de soğumasına ilişkin açıklamasını, tüpün içinde daha önce oraya girmiş olan gaz bölümlerinin yanı sıra gazın bulunduğu dış atmosfer üzerinde gerçekleştirilen "gazın girdap genleşmesi işi" ile açıklıyor. çıkışlar
Burada, genel durumda, WT'nin enerji dengesinin şu şekilde olduğunu not etmeliyiz:
(6.7)
burada Wcool, doğal veya yapay soğutma nedeniyle VT kasasından birim zamanda uzaklaştırılan ısı miktarıdır. Adyabatik tüpler hesaplanırken, (6.7)'deki son terim, küçük olması nedeniyle ihmal edilir, çünkü VT'ler genellikle küçüktür ve konveksiyon yoluyla çevreleyen hava ile ısı alışverişi, VT içindeki gaz akışları arasındaki ısı alışverişine kıyasla önemsizdir. Yapay olarak soğutulan VT'lerin çalışması sırasında, (6.7)'deki son terim, VT'lerden ayrılan soğuk gaz akışının fraksiyonunda bir artış sağlar. Finko girdaplı soğutucuda yapay soğutma yoktu ve çevredeki atmosferik hava ile doğal konveksiyon ısı değişimi önemsizdi.
'de açıklanan Finko'nun bir sonraki deneyinin, VT'deki ısı transferi konularıyla doğrudan bir ilişkisi yok gibi görünüyordu. Ancak, yalnızca WP'deki gaz akışları arasındaki ısı alışverişi mekanizması hakkında daha önce var olan fikirlerin doğruluğundan değil, aynı zamanda genel olarak WP operasyonunun genel kabul görmüş resminin doğruluğundan da en güçlü şekilde şüphe uyandıran odur. Finko, VT'sinin ekseni boyunca diğer ucu yatağa sabitlenmiş ince bir çubuk sokar. VT çalışırken, çubuk, VT'deki dönen merkezi gaz akışı tarafından tahrik edilen 3000 rpm'ye kadar bir hızda dönmeye başlar. Ancak, yalnızca çubuğun dönme yönünün, VT'deki ana (çevresel) girdap gaz akışının dönme yönünün tersi olduğu ortaya çıktı!
Bu deneyden, merkezi gaz akışının dönüşünün çevresel (ana) akışın dönüşünün tersi olduğu sonucuna varabiliriz. Ancak bu, BT'deki gazın "yarı katı" dönüşü hakkındaki hakim fikirle çelişiyor.
Ek olarak, V. E. Finko, VT girişindeki artan gaz basıncıyla yoğunluğu artan 5-12 μm dalga boyu aralığında bant spektrumunun VT kızılötesi radyasyonundan soğuk bir gaz akışının çıkışında kaydetti. Ancak bazen "akıntının çekirdeğinden çıkan mavi radyasyon" da görsel olarak gözlemlendi. Ancak araştırmacı radyasyona pek önem vermemiş, radyasyonun varlığını merak uyandıran bir yan etki olarak belirtmiş ve yoğunluklarını değerlere bile getirmemiştir. Bu, Finko'nun bu radyasyonun varlığını BT'deki ısı transferi mekanizmasıyla ilişkilendirmediğini gösterir.
Bu noktada, sistemin gerekli negatif bağlanma enerjisini üretmek için dönmeye ayarlanmış bir cisimler sisteminden "ekstra" kütle enerjisini boşaltmak için Bölüm 4.4 ve 4.5'te önerilen mekanizmayı tekrar hatırlamamız gerekiyor. Enerjiyi boşaltmanın en kolay yolunun elektrik yüklü cisimler olduğunu yazdık. Döndüklerinde, enerjiyi elektromanyetik dalgalar veya fotonlar şeklinde yayabilirler. Herhangi bir gazın akışında her zaman belirli sayıda iyon vardır ve bunların bir girdap akışındaki bir daire veya yay boyunca hareketi elektromanyetik dalgaların yayılmasına yol açmalıdır.
Doğru, girdabın teknik dönüş frekanslarında, temel frekansta iyi bilinen siklotron radyasyonu formülüne göre hesaplanan hareketli bir iyon tarafından radyo dalgası radyasyonunun yoğunluğu son derece küçük çıkıyor. Ancak siklotron radyasyonu, dönen bir gazdan foton emisyonu için olası mekanizmaların tek ve en önemlisi değildir. Örneğin, gaz moleküllerinin iyon sesi titreşimleriyle uyarılması ve ardından uyarılmış moleküllerin salınması gibi bir dizi başka olası mekanizma vardır. Burada siklotron radyasyonundan bahsediyoruz çünkü mekanizması en çok bu kitabın okuyucusu olan mühendis için anlaşılır. Doğanın hareket eden cisimlerden oluşan bir sistemden enerji yayması gerektiğinde, bunu yapmak için binlerce yol bulacağını bir kez daha tekrarlayalım. Özellikle de gaz girdabı gibi bir sistemden, içinde günümüz biliminin gelişmesiyle bile anlaşılabilecek kadar çok radyasyon olasılığının olduğu bir sistemden.
V. E. Finko, elektromanyetik radyasyonun bant spektrumunu kaydetti.
dalga boyları = 10 µm. Bant spektrumu, gaz moleküllerinin termal radyasyonunun karakteristiğidir. Katı cisimler sürekli bir radyasyon spektrumu verir. Bundan, Finko'nun deneylerinde kaydedilenin VT'nin metal kasası değil, çalışma gazının radyasyonu olduğu sonucuna varabiliriz.
Dönen bir gazın termal radyasyonu, yayılan moleküllerin veya iyonların kalan kütlesini değil, iç enerjisinin en hareketli kısmı olan gazın termal enerjisini tüketebilir. Gaz molekülleri arasındaki termal çarpışmalar sadece molekülleri uyarmakla kalmaz, aynı zamanda iyonları halihazırda elektromanyetik enerji şeklinde yaydıkları kinetik enerjiyle de besler. Görünüşe göre gazın dönüşü bir şekilde (belki bir burulma alanı aracılığıyla) bu radyasyon sürecini uyarıyor. Foton emisyonunun bir sonucu olarak, gaz, VT'deki merkezi ve çevresel girdap akışları arasındaki bilinen ısı transferi teorilerinden takip edilenden daha düşük sıcaklıklara soğutulur.
Finko'nun çalışmasında maalesef gözlemlenen radyasyonun yoğunluğu belirtilmemiştir ve bu nedenle taşıdığı gücün büyüklüğü hakkında şu ana kadar hiçbir şey söylenemez. Ancak VT'nin duvarlarının iç yüzeyinin en az 5°K kadar ısındığını ve bunun da bu radyasyonla ısınmadan kaynaklanabileceğini kaydetti.
Bu bağlamda, WP'de merkezi akıştan periferik vorteks gaz akışına ısı uzaklaştırma işlemi hakkında aşağıdaki hipotez ortaya çıkar. Hem merkezi hem de çevresel akışların gazı, dönüşleri sırasında fotonlar yayar. Daha büyük bir teğetsel hıza sahip olduğu için periferik olanın daha yoğun bir şekilde yayılması gerektiği anlaşılıyor. Ancak merkezi akış, uyarılmış moleküller ve iyonlar tarafından foton emisyonunu uyaran yoğun bir eksenel burulma alanındadır. (Finko'nun deneylerinde bu, tam olarak akışın "çekirdeğinden" mavi bir parıltının varlığını kanıtlar.) Bu durumda, akış gazı, enerjiyi uzaklaştıran ondan çıkan radyasyon nedeniyle soğutulur ve radyasyon emilir. bu radyasyonla ısıtılan boru duvarları tarafından. Ancak boru cidarlarıyla temas halindeki periferik gaz akışı bu ısıyı uzaklaştırır ve ısınır. Sonuç olarak, merkezi girdap akışı soğuktur ve periferik olan ısıtılır.
Böylece, VT gövdesi, merkezi girdap akışından periferik akışa ısı transferini sağlayan bir ara gövde rolünü oynar.
HT gövdesi soğutulduğunda, boru gövdesi ile içindeki gaz arasındaki sıcaklık farkının azalması ve soğuma nedeniyle HT'nin çevre gaz akışına ısı transferinin azaldığı açıktır. HT'nin kapasitesi artar.
Bu hipotez, yukarıda bahsettiğimiz Finko tarafından keşfedilen termal dengenin ihlalini de açıklıyor. Gerçekten de, radyasyonun bir kısmı çıkışları aracılığıyla WP sınırlarını aşarsa (ve bu kısım, Finko tarafından kullanılan cihazın geometrisine bakılırsa ~%10 olabilir), o zaman radyasyonun bu kısmı tarafından taşınan enerji artık boru çıkışlarında gaz durgunluk sıcaklığını ölçen cihazlar tarafından kaydedilir. Radyasyonun ağırlıklı olarak tüpün gaz dönüş hızlarının maksimum olduğu 3 numaralı açıklığa (bkz. Şekil 6.5) yakın bir yerde üretilmesi durumunda, borudan ayrılan radyasyon fraksiyonu özellikle artar.
VT'deki periferik gaz akışının ısınması hakkında birkaç söz daha söylenmelidir. V.E. Finko, VT'sinin "sıcak" ucuna gaz akışının bir "düzleştiricisini" (kafes "fren") taktı, "düzleştirici" zaten 30-60 °K sıcaklığa sahip olduktan sonra giden gaz akışının "sıcak" kısmı Tovh'dan daha yüksek. Aynı zamanda akışın "sıcak" kısmının çıkarılması için geçiş bölümünün alanındaki azalma nedeniyle soğuk akışın payı artmış ve akışın soğuk kısmının sıcaklığı sıfır olmuştur. "düzleştirici" olmadan çalışırken olduğu kadar uzun.
"Düzleştiriciyi" taktıktan sonra Finko, VT'sinin çalışması sırasında çok yoğun bir gürültü olduğunu fark eder. Ve boruya bir "doğrultucu" yerleştirildiğinde (tahminlerinin gösterdiği gibi, yalnızca gaz akışının "doğrultucuya" sürtünmesi nedeniyle çok fazla ısınamayan) gazın ısınmasını görünüşle açıklıyor. rezonatörü boru olan gazdaki ses titreşimlerinin. Finko'nun bu süreci, ısınmasına yol açan "gazın dalga genleşmesi ve sıkıştırılması mekanizması" olarak adlandırdı.
Gaz akışının dönüşünün yavaşlamasının, akışın kinetik enerjisinin bir kısmının ısıya dönüşmesine yol açmış olması gerektiği açıktır. Ancak bu dönüşümün mekanizması sadece Finko'nun çalışmasında ortaya çıktı.
Yukarıdakiler, girdap tüpünün hala birçok gizemle dolu olduğunu ve işleyişi hakkında onlarca yıldır var olan fikirlerin radikal bir revizyon gerektirdiğini gösteriyor.6.4. Girdaplarda karşı akım hipotezi
Girdap hareketi o kadar çok keşfedilmemiş şey içeriyor ki, birden fazla teorisyen ve deneyci neslin yeterince işi olacak. Aynı zamanda girdap hareketi, görünüşe göre doğadaki en yaygın hareket türüdür. Aslında, Bölüm 4.1'de dairesel hareket yaptıklarını yazdığımız tüm cisimler (gezegenler, yıldızlar, bir atomdaki elektronlar, vb.) genellikle ileriye doğru da hareket ederler. Ve dönme ve öteleme hareketlerini eklediğinizde, spiral bir hareket elde edersiniz.
İki ana sarmal türü vardır: Bölüm 4.3'te tartıştığımız silindirik sarmal ve dönüş sayısıyla yarıçapı artan Arşimet sarmalı. Doğadaki en büyük girdaplar olan sarmal gökadalar bu görünüme sahiptir.
Ve Arşimet spirali boyunca dönme hareketinin ve ekseni boyunca öteleme hareketinin üst üste binmesi de üçüncü bir spiral türü verir - konik. Banyodan dibindeki boruya akan su, böyle bir spiral boyunca ve kasırgadaki hava boyunca hareket eder. Gaz, teknik siklonlarda aynı konik spiral boyunca hareket eder. Orada, her dönüşte, parçacık yörüngesinin yarıçapı azalır.
Pirinç. 6.6. Çeşitli bükülme derecelerine sahip serbest batık jetlerin hız profili:
a - doğrudan akışlı jet; b - hafif dönen jet; c - orta derecede dönen jet; g - güçlü bir şekilde dönen kapalı jet; e - güçlü bir şekilde dönen açık jet; bir duvar; b - duvardaki delik; c - jet sınırları; d, duvardan farklı mesafelerdeki hız profilidir; e - jetin ekseni; [U- eksen hızı.Ancak Finko'nun konik bir girdap tüpüne sahip girdaplı soğutucusunda, çevresel gaz akışı genişleyen bir konik spiral boyunca ve yaklaşan eksenel akış - daralan bir spiral boyunca hareket eder. VT'deki ve teknik siklondaki bu tür bir akış konfigürasyonu, aparat duvarlarının geometrisi tarafından belirlenir.
Bölüm 6.2'de bir vorteks tüpünü ele alırken, tüpün uzak (sıcak) ucundaki gaz çıkışı kısmen tıkandığında ve içinde aşırı basınç yaratılarak gazı aramaya zorladığında ters eksenel akışın meydana geldiğini yazdık. tüpten ikinci bir çıkış. VT'de karşı eksenel akışın meydana gelmesine ilişkin böyle bir açıklama bugün genel olarak kabul edilmektedir.
Ancak, örneğin termik santrallerin brülörlerinde meşale oluşturmak için yaygın olarak kullanılan dönen jetler konusundaki uzmanlar, aparat duvarlarının yokluğunda bile dönen bir jetin ekseni boyunca bir karşı akışın meydana geldiğine dikkat edin. Serbest batık jetlerin hız profilleri üzerine yapılan bir çalışma (bkz. Şekil 6.6), artan jet bükülme derecesi ile ters eksenel akışın arttığını göstermektedir.
Geri akışın fiziksel nedeni henüz netlik kazanmadı. Uzmanların çoğu, jetin bükülme derecesindeki artışla birlikte, merkezkaç kuvvetlerinin gazının parçacıklarını çevreye fırlatması nedeniyle ortaya çıktığına inanıyor, bunun sonucunda jet ekseninin yakınında atmosferik havanın olduğu bir seyrelme bölgesi yaratılıyor. acele,
jetin ekseni boyunca ileride bulunur.
Ancak çalışmalarda, ters akışın jetteki statik basınç gradyanı ile çok fazla ilişkili olmadığı, ancak hızının teğetsel ve eksenel (eksenel) bileşenlerinin oranı ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Örneğin, kanatların 40-45°'lik bir eğim açısında teğet kanatlı aparatlı bir girdap tarafından oluşturulan jetler, eksenel bölgede büyük bir seyrekleşmeye sahiptir, ancak ters akışlara sahip değildir. Neden öyle değiller - uzmanlar için bir sır olarak kalıyor.
Dönen jetlerde eksenel karşı akımların ortaya çıkmasının nedenini çözmeye çalışalım veya daha doğrusu farklı bir şekilde açıklamaya çalışalım.
Defalarca belirttiğimiz gibi, rotasyona sokulan sistemden "ekstra" kütle-enerjinin atılması en kolay şekilde fotonlar yayarak gerçekleştirilir. Ancak bu tek olası kanal değil. İlk başta bazı mekanikçiler için inanılmaz görünecek olan aşağıdaki hipotezi de önerebiliriz.
Bu hipoteze giden yol uzundu ve birden fazla nesil fizikçi tarafından yapıldı. Boş zamanlarında fizikle uğraşan, 20'li yıllarda girdap hareketini anlamaya çok zaman ayıran bir ormancı olan parlak bir Avusturyalı külçe olan Viktor Schauberger bile, banyodan boruya akan suyun kendiliğinden dönmesiyle bunu fark etti. , banyonun boşalma süresi azalır. Bu da girdapta sadece teğetsel değil, eksenel akış hızının da arttığı anlamına gelir. Bu arada, bu etki uzun zamandır bira severler tarafından fark ediliyor. Yarışmalarında, şişenin içindekileri olabildiğince çabuk ağızlarına sokma çabasıyla, genellikle şişedeki birayı devirmeden önce güçlü bir şekilde döndürürler.
Schauberger'in birayı sevip sevmediğini bilmiyoruz (Avusturyalı onu sevmiyor!), ancak bu paradoksal gerçeği bir girdapta içindeki moleküllerin termal hareket enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesiyle açıklamaya çalıştı. jetin eksenel hareketi. Böyle bir görüşün termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişmesine rağmen başka bir açıklamasının bulunamayacağına ve girdaptaki suyun sıcaklığının düşmesinin deneysel bir gerçek olduğuna dikkat çekti.
Enerji ve momentumun korunumu yasalarına dayanarak, genellikle jet uzunlamasına bir girdaba girerken, jetin öteleme hareketinin kinetik enerjisinin bir kısmının dönme enerjisine dönüştürüldüğü ve sonuç olarak jetin eksenel hızının düşmesi gerektiğini düşündü. Bu, örneğin 'de belirtildiği gibi, dönerken serbest taşan jetlerin menzilinde bir azalmaya yol açmalıdır.
Dahası, hidrolik mühendisliğinde, taşması için cihazlardaki sıvı türbülansıyla mümkün olan her şekilde mücadele ederler ve dönmeyen bir laminer akışı sağlamaya çalışırlar. Bunun nedeni, örneğin açıklandığı gibi, bir sıvı akışında bir girdap kordonunun ortaya çıkmasının, drenaj borusuna girişin üzerinde sıvının yüzeyinde bir huni oluşmasını gerektirmesidir. Huni, boruya girişi istenmeyen olan havayı kuvvetli bir şekilde emmeye başlar. Ek olarak, girişin sıvı tarafından işgal edilen enine kesit oranını azaltan hava ile bir huninin görünümünün de bu delikten sıvı akışını azalttığına inanılmaktadır.
Bira severlerin deneyimleri, böyle düşünenlerin yanıldığını gösteriyor: sıvı akışının kapladığı deliğin enine kesit oranındaki azalmaya rağmen, sıvı akışı döndüğünde, sıvı dönmeden olduğundan daha hızlı delikten akar.
Bölüm 3.4'te bahsettiğimiz L. Gerbrand, hidroelektrik santrallerin gücünde yalnızca türbine giden su akışını düzleştirerek ve boruyu kademeli olarak daraltarak suyun mümkün olan en yüksek öteleme hızını elde etmesi için bir artış elde etmeye çalıştıysa , daha sonra Schauberger konik boruya su akışını uzunlamasına bir girdap şeklinde döndüren vidalı kılavuzlar sağladı ve borunun ucuna tamamen yeni bir tasarıma sahip eksenel bir türbin yerleştirdi. (10 Mayıs 1930 tarihli 117749 sayılı Avusturya patenti)
Bu türbinin bir özelliği (bkz. Şekil 6.7), geleneksel türbinlerde su akışını geçen ve onu kırarak yüzey gerilimi kuvvetlerinin ve su moleküllerinin yapışmasının üstesinden gelmek için çok fazla enerji harcayan kanatlara sahip olmamasıdır. Bu sadece enerji kayıplarına değil, aynı zamanda türbin metalinin aşınmasına neden olan kavitasyon olaylarının ortaya çıkmasına da yol açar.
Schauberger türbini, dönen bir su akışına vidalanmış bir tirbuşon şeklinde spiral biçimli kanatlara sahip konik bir şekle sahiptir. Akışı bozmaz ve kavitasyon oluşturmaz. Böyle bir türbinin pratikte herhangi bir yerde uygulanıp uygulanmadığı bilinmemektedir, ancak şeması elbette çok umut verici fikirler içermektedir.
Bununla birlikte, burada Schauberger türbininden çok, su moleküllerinin girdap akışındaki termal hareketinin enerjisinin su akışının kinetik enerjisine dönüştürülebileceği ifadesiyle ilgilenmiyoruz. Bu bağlamda en ilginç olanı, 1952'de Roma'dan Josef Gasslberger'in bahsettiği Stuttgart Teknik Koleji'nde W. Schauberger ve Profesör Franz Popel tarafından 1952'de yapılan deneylerin sonuçlarıdır.
Boru kanalının şeklinin ve duvarlarının malzemesinin, içindeki girdaplı su akışına karşı hidrodinamik direnç üzerindeki etkisini araştıran deneyciler, en iyi sonuçların bakır duvarlarla elde edildiğini buldular. Ancak en şaşırtıcı olanı antilop boynuzunu andıran bir kanal konfigürasyonunda, artan su hızıyla birlikte kanaldaki sürtünmenin azalması ve belirli bir kritik hızı geçtikten sonra suyun negatif dirençle akması, yani kanala emilmesidir. kanal ve içinde hızlanır.Pirinç. 6.7. Schauberg türbini
Gasslberger, burada girdabın suyun ısısını akışının kinetik enerjisine dönüştürdüğü konusunda Schauberger ile aynı fikirde. Ancak "okullarda ve üniversitelerde öğretildiği şekliyle termodinamiğin, düşük sıcaklık farklarında böyle bir ısı dönüşümüne izin vermediğini" belirtiyor. Ancak Gasslberger, modern termodinamiğin diğer pek çok doğa olayını açıklayamayacağını belirtiyor.
Ve burada hareket teorisi, girdap hareketinin neden termodinamiğin hakim fikirlerinin aksine, dönen bir madde akışının ısısının formüle göre eksenel hareketinin enerjisine dönüştürülmesini sağladığını anlamaya yardımcı olabilir. (6.4). Akışın bir girdapta bükülmesi, sistemin iç enerjisinin bir parçası olan ısının bir kısmının girdap ekseni boyunca akışın öteleme hareketinin kinetik enerjisine dönüştürülmesine neden olur. Neden tam olarak eksen boyunca? Evet, çünkü o zaman elde edilen öteleme hareketinin hız vektörü, akıştaki parçacıkların dönme hareketinin anlık teğetsel hızının vektörüne dik olur ve ikincisinin değerini değiştirmez. Bu durumda, akış momentumunun korunumu yasası gözlenir.
Ek olarak, parçacıkların bir girdaptaki ana (dairesel) hareketlerinin yönüne dik bir yönde hızlanmaları, boylamasına değil enine kütlelerinde göreli bir artışa yol açar. Temel Parçacıkların Enine ve Boyuna Kütlelerinin Ayrı Ayrı Hesaplanmasının Gerekliliği Üzerine* (Bu, uzunlamasına ve enine Doppler etkilerini ayrı ayrı hesaplamayı anımsatır.) SRT oluşumunun ilk aşamasında çok şey yazıldı (örneğin, bkz.) Yani, uzunlamasına kütle (bu durumda bir girdaptaki parçacıkların teğetsel hızına karşılık gelir) dairesel hareket sırasında merkezkaç kuvvetlerinin büyüklüğünü belirler. . Sistemin iç enerjisinin bir kısmı, içindeki cisimlerin eksenel (eksenel) hareketinin kinetik enerjisine dönüştürüldüğünde, merkezkaç kuvvetleri artmaz. Bu nedenle, ortaya çıkan eksenel hareketin enerjisi, matematiksel olarak herhangi bir foton emisyonu olmadan dönen sistemden ayrılmasına eşdeğer olan dairesel hareket probleminden adeta kaybolmuştur.
Ancak sistemin momentumunun korunumu yasası, girdap akışının eksenel bir momentum kazanması durumunda, başka bir cismin (örneğin, girdap aparatının gövdesi) aynı anda ters yönde aynı mutlak momentum değerini almasını gerektirir. Kapalı girdap aparatlarında, örneğin girdap tüplerinde ve ayrıca girdap akışı ile aparatın duvarları arasında temas olmadığında (bazı serbest girdaplı jetlerde olduğu gibi), akışın eksenel kısmı, periferik kısımdan daha düşük teğetsel hız, ters bir dürtü kazanmalıdır. Bununla birlikte, geri tepme momentumu, on birinci bölümde tartışılacak olan dönme hareketi sırasında üretilen eksenel (eksenel) foton veya nötrino akışıyla da taşınabilir.
Bu, genel anlamda, bizim açımızdan, hem girdap tüplerinde hem de dönen jetlerde bir karşı akımın ortaya çıkmasının gerçek nedenidir.Bölümle ilgili sonuçlar
1 Atmosferik girdaplar, içlerinde ağırlıklı olarak sağ elini kullanan hava hareketi ve yavaş hareketlerin veya sakinliğin merkezi bir bölgesi olan bir "fırtınanın gözünün" varlığı ile karakterize edilir.
2. Kasırgaların hala bir takım gizemleri var: ultra yüksek hava hızları ve içlerinde sıkışan nesneler, hava akışının basınç kuvvetini aşan olağanüstü bir kaldırma kuvveti, parlamaların varlığı, vb.
3. Nemli hava kütlelerinin termal enerjisi, atmosferik girdaplarda hareket enerjisine dönüştürülür. Bu durumda, ilk bakışta termodinamiğin ilkeleriyle çelişen enerji yoğunlaşır.
4. Atmosferik girdapların hareket teorisinin gerekliliklerine uygun olarak termal (kızılötesi ve mikrodalga) radyasyon ürettiğini varsayarsak, termodinamik ile çelişki ortadan kalkar.
5. 1930'larda J. Ranke tarafından bir girdap tüpünde sıcak duvara yakın ve soğuk eksenel girdap akışlarına gaz ayrımının etkisinin keşfedilmesi, teknolojide bir dizi yeni yön başlattı, ancak hala yeterince tam ve tutarlı bir sonuca sahip değil. teorik açıklama.
6. V.E. 1980'lerde Finko, bir girdap tüpündeki süreçler hakkında genel olarak kabul edilen bazı fikirlerin doğruluğu konusunda şüphe uyandırdı: içindeki enerji dengesi, karşı akım türbülanslı ısı transferi mekanizması, vb.
7. V.E. Finko, bir girdap tüpündeki soğuk eksenel karşı akımın, ana (çevresel) gaz akışınınkine zıt bir dönüş yönüne sahip olduğunu ve bir gaz girdap tüpünün, bant spektrumunun kızılötesi radyasyonunu ve bazen de mavi radyasyonu ürettiğini keşfetti. eksenel bölge.
8. Girdap tüpü freninin sıcak ucuna yerleştirilmesi - gaz akış düzleştirici uçları,
olarak Finko, rezonatörü boru olan gazda yoğun ses titreşimlerinin oluşmasına ve gaz akışının kuvvetli ısınmasına.
9. Girdap tüpünün duvarlarını ısıtan fotonların eksenel akışı tarafından gaz dönüşünün hızlanmasıyla uyarılan radyasyon nedeniyle, bir girdap tüpündeki gazın eksenel karşı akışından çevresel bir akışa ısının uzaklaştırılması için bir mekanizma önerilmiştir ve onlardan ısı, onları yıkayarak periferik gaz akışına aktarılır.
10. Eksenel ters akış sadece girdap tüplerinde değil, nedeni henüz tam olarak aydınlatılamayan aparat duvarlarının olmadığı serbest girdaplı jetlerde de meydana gelir.
11. 1930'larda V. Schauberger, bir girdapta, içindeki moleküllerin termal hareketinin enerjisinin bir kısmının, bir su jetinin eksenel hareketinin kinetik enerjisine dönüştürüldüğüne dikkat çekti ve bunu kullanmayı önerdi.
12. Hareket teorisi, Schauberger etkisini, su akışının dönmesinin, akışın iç enerjisi olan moleküllerin termal enerjisinin bir kısmının dönen akışı radyasyon şeklinde bırakmamasına neden olması gerçeğiyle açıklar. , ancak girdap akışının ekseni boyunca teğet dönme hızına dik yönde akışın kinetik enerjisine dönüştürülecek. İkincisi, akış hareketinin açısal momentumunun korunumu yasası tarafından gereklidir. Ve dönme ekseni boyunca momentumun korunumu yasası şunu gerektirir:
Bu durumda, ya bir karşı akım ortaya çıktı ya da akışın uzunlamasına momentumundaki bir değişikliği telafi eden eksenel bir foton veya nötrino emisyonu doğdu.
Kuzey ve güney arasındaki sıcaklık farkını eşitlemeye çalışan sıcak ve soğuk akıntılar arasındaki mücadele, değişen derecelerde başarı ile gerçekleşir. Sonra sıcak kitleler hakim olur ve kuzeye, bazen Grönland'a, Novaya Zemlya'ya ve hatta Franz Josef Land'e kadar sıcak bir dil şeklinde nüfuz eder; daha sonra dev bir "damla" şeklindeki Arktik hava kütleleri güneye doğru kırılır ve yollarına çıkan sıcak havayı süpürerek Kırım'a ve Orta Asya cumhuriyetlerine düşer. Bu mücadele özellikle kuzey ve güney arasındaki sıcaklık farkının arttığı kış aylarında belirginleşir. Kuzey yarımkürenin sinoptik haritalarında, kuzey ve güneyde farklı derinliklere nüfuz eden birkaç sıcak ve soğuk hava dilini her zaman görebilirsiniz (bunları haritamızda bulabilirsiniz).
Hava akımlarının mücadelesinin ortaya çıktığı arena, tam olarak dünyanın en kalabalık bölgelerine - ılıman enlemlere - düşer. Bu enlemler, havanın değişkenliklerini deneyimler.
Atmosferimizdeki en çalkantılı bölgeler hava kütlelerinin sınırlarıdır. Sıklıkla üzerlerinde, bize hava koşullarında sürekli değişiklikler getiren büyük kasırgalar ortaya çıkar. Onları daha ayrıntılı olarak tanıyalım.
Soğuk ve sıcak kütleleri ayıran bir cephe hayal edin (Şek. 15, a). Hava kütleleri farklı hızlarda hareket ettiğinde veya bir hava
Kütle ön boyunca bir yönde, diğeri ters yönde hareket eder, ardından ön çizgi bükülebilir ve üzerinde hava dalgaları oluşur (Şekil 15, b). Aynı zamanda, soğuk hava güneye giderek daha güçlü bir şekilde döner, sıcak havanın "dili" altından akar ve bir kısmını yukarı doğru kaydırır. - Sıcak dil kuzeye doğru gittikçe daha fazla nüfuz eder ve önünde yatan soğuk kütleyi "yıkar". Hava katmanları yavaş yavaş girdaplanır.
Girdabın orta kısmından hava, kuvvetle dış mahallelerine doğru püskürtülür. Bu nedenle sıcak dilin tepesinde basınç keskin bir şekilde düşer ve atmosferde bir tür oyuk oluşur. Merkezde azaltılmış basınca sahip böyle bir girdap, siklon olarak adlandırılır (“siklon” dairesel anlamına gelir).
Hava daha düşük basınca sahip yerlere aktığı için, bir siklonda
Girdabın kenarları doğrudan merkeze doğru. Ancak burada okuyucuya, Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönmesi nedeniyle, kuzey yarımkürede hareket eden tüm cisimlerin yollarının sağa saptığını hatırlatmalıyız. Bu nedenle, örneğin nehirlerin sağ kıyıları daha güçlü bir şekilde yıkanır, çift hatlı demiryollarındaki sağ raylar daha hızlı aşınır. Ve siklondaki rüzgar da sağa sapar; sonuç, saat yönünün tersine rüzgarlara sahip bir girdaptır.
Dünyanın dönüşünün hava akışını nasıl etkilediğini anlamak için, dünya yüzeyinin bir küre üzerinde bir bölümünü hayal edin (Şek. 16). A noktasındaki rüzgarın yönü okla gösterilmiştir. A noktasında rüzgar güneybatıdan esiyor. Bir süre sonra Dünya dönecek ve A noktası B noktasına hareket edecek. Hava akışı sağa sapacak ve açı değişecek; rüzgar batı-güneybatı esecek. Bir süre sonra B noktası C noktasına hareket edecek ve rüzgar batıdan esecek yani daha da sağa dönecektir.
Siklon bölgesinde eşit basınçlı çizgiler, yani izobarlar çizilirse, siklonun merkezini çevreledikleri ortaya çıkar (Şekil 15, c). Bir siklon hayatının ilk günlerinde böyle görünür. Bundan sonra ona ne olacak?
Siklonun dili gittikçe kuzeye doğru uzanır, keskinleşir ve büyük bir sıcak sektör haline gelir (Şekil 17). Genellikle siklonun güney kesiminde bulunur, çünkü sıcak akıntılar çoğunlukla güney ve güneybatıdan gelir. Sektörün her iki tarafı da soğuk hava ile çevrilidir. Bir siklonda sıcak ve soğuk akıntıların nasıl gittiğine bakın ve zaten bildiğiniz iki cephe olduğunu göreceksiniz. Sıcak sektörün sağ sınırı, siklonun geniş bir yağış bandına sahip sıcak cephesi, soldaki ise soğuk olanıdır; yağış bandı dardır.
Siklon her zaman okla gösterilen yönde hareket eder (sıcak bölgenin izobarlarına paralel).
Hava haritamıza tekrar dönelim ve Finlandiya'da bir kasırga bulalım. Merkezi, H harfiyle (düşük basınç) gösterilir. Sağda sıcak bir cephe var; Deniz kutup havası kıta havasına akar, kar yağar.
Solda - soğuk bir cephe: Sektörü çevreleyen Arktik deniz havası, sıcak bir güneybatı akıntısına giriyor; dar bir kar fırtınası şeridi. Bu zaten iyi gelişmiş bir siklon.
Şimdi siklonun sonraki kaderini "tahmin etmeye" çalışalım. Zor değil. Ne de olsa, soğuk cephenin sıcak cepheden daha hızlı hareket ettiğini zaten söylemiştik. Bu da demek oluyor ki zamanla sıcak hava dalgası daha da dikleşecek, siklon sektörü giderek daralacak ve sonunda her iki cephe de kapanacak, tıkanma meydana gelecek. Bu kasırga için ölümdür. Oklüzyondan önce, siklon sıcak hava kütlesini "besleyebilir". Soğuk akımlar ile sıcak sektör arasındaki sıcaklık farkı korunmuştur. Siklon yaşadı ve gelişti. Ancak her iki cephe de kapandıktan sonra siklonun "beslemesi" kesilir. Sıcak hava yükselir ve kasırga azalmaya başlar. Yağış hafifliyor, bulutlar yavaş yavaş dağılıyor, rüzgar diniyor,
basınç eşitlenir ve zorlu bir siklondan küçük bir girdap bölgesi kalır. Haritamızda Volga'nın ötesinde ölmekte olan bir kasırga var.
Siklonların boyutu değişir. Bazen sadece birkaç yüz kilometre çapında bir kasırgadır. Ama aynı zamanda bir kasırganın çapı 4-5 bin kilometreye kadar olan bir alanı - bütün bir kıtayı - yakaladığı da oluyor! Büyük siklonik girdapların merkezlerine çeşitli hava kütleleri akabilir: sıcak ve nemli, soğuk ve kuru. Bu nedenle, siklonun üzerindeki gökyüzü çoğunlukla bulutlu ve rüzgar kuvvetli, bazen fırtınalı.
Hava kütleleri arasındaki sınırda birkaç dalga oluşabilir. Bu nedenle, siklonlar genellikle tek tek değil, seri halinde, dört veya daha fazla gelişir. İlki çoktan solmaya başlarken, ikincisinde sıcak dil uzamaya başlıyor. Bir siklon 5-6 gün yaşar ve bu süre zarfında çok büyük bir alanı kaplayabilir. Gün boyunca, siklon ortalama 800 kilometre ve bazen 2000 kilometreye kadar koşar.
Siklonlar bize en çok batıdan gelir. Bu, hava kütlelerinin batıdan doğuya genel hareketinden kaynaklanmaktadır. Bölgemizde güçlü kasırgalar çok nadirdir. Uzun yağmur veya kar, keskin sert rüzgar - bu bizim siklonun olağan resmidir. Ancak tropik bölgelerde bazen şiddetli sağanak yağışlar ve şiddetli rüzgarlarla birlikte olağanüstü güçlü siklonlar vardır. Bunlar kasırgalar ve tayfunlardır.
İki hava akımı arasındaki ön çizgi sarktığında, soğuk kütleye sıcak bir dilin sıkıştığını ve böylece bir siklonun doğduğunu zaten biliyoruz. Ancak ön hat, sıcak hava yönünde sarkabilir. Bu durumda, bir siklondan tamamen farklı özelliklere sahip bir girdap ortaya çıkar. Buna antisiklon denir. Bu artık bir oyuk değil, bir hava dağı.
Böyle bir girdabın merkezindeki basınç kenarlardakinden daha yüksektir ve hava girdabın merkezinden kenarlarına doğru yayılır. Yerine hava daha yüksek katmanlardan iner. Alçaldıkça büzülür, ısınır ve içindeki bulutluluk yavaş yavaş dağılır. Bu nedenle antisiklonda hava genellikle bulutlu ve kurudur; ovalarda yazın sıcak, kışın soğuktur. Sadece antisiklonun eteklerinde sisler ve düşük tabakalı bulutlar meydana gelebilir. Bir antisiklonda, bir siklondaki kadar büyük bir basınç farkı olmadığı için, buradaki rüzgarlar çok daha zayıftır. Saat yönünde hareket ederler (Şek. 18).
Girdap geliştikçe üst katmanları ısınır. Bu, özellikle soğuk dil -
Kesilir ve kasırga soğukta veya antisiklon tek bir yerde durduğunda "beslenmeyi" durdurur. Sonra içindeki hava daha kararlı hale gelir.
Genel olarak, antisiklonlar siklonlardan daha sessiz girdaplardır. Günde yaklaşık 500 kilometre daha yavaş hareket ederler; genellikle haftalarca bir alanda durup dururlar ve sonra tekrar yollarına devam ederler. Boyutları çok büyük. Antisiklon genellikle, özellikle kış aylarında, tüm Avrupa'yı ve Asya'nın bir bölümünü kapsar. Ancak ayrı siklon serilerinde küçük, hareketli ve kısa ömürlü antisiklonlar da oluşabilir.
Bu kasırgalar bize genellikle kuzeybatıdan, daha az sıklıkla batıdan gelir. Hava haritalarında, antisiklonların merkezleri B harfiyle (yüksek basınç) gösterilir.
Haritamızda antisiklonu bulun ve izobarların merkez çevresinde nasıl konumlandığını görün.
Bunlar atmosferik girdaplardır. Her gün ülkemizin üzerinden geçiyorlar. Herhangi bir hava haritasında bulunabilirler.
Artık haritamızdaki her şey size tanıdık geldi ve kitabımızın ikinci ana konusu olan hava tahmini konusuna geçebiliriz.