4. Поучительный пример
К сожалению, приведённых выше разъяснений оказалось недостаточно для глубокого и однозначного понимания динамики потока жидкости и уравнения Бернулли даже для людей, называющих себя профессионалами: 05.07.08 автор получает ещё одно письмо, вынуждающее продолжить начатую тему. Вот его полное содержание.
Уважаемый Константин Павлович!
Я, Трещалов Герман Владиславович, руководитель группы инженеров, разрабатывающих новую конструкцию свободно-поточной гидротурбины. Недавно мне дали ссылку на Ваш сайт, и я с большим интересом ознакомился с его материалами. Тем более, что написано здесь все в очень доступной и понятной форме. Особенно меня заинтересовали размышления "Об одной проблеме гидромеханики", поскольку я сам являюсь профессиональным гидроэнергетиком.
У нас тоже есть некоторый материал, который Вас, возможно, также заинтересует, и который мы можем предложить Вам для ознакомления. Дело в том, что нашей группой при разработке свободно-поточной турбины был обнаружен специфический гидравлический эффект. Попытка обосновать этот эффект вылилась в составление статьи, которая опубликована в некоторых журналах. Копию этой статьи можно найти, например, по следующей ссылке в интернете .
Хотелось бы узнать Ваше мнение по этому поводу. Может Вы уже также косвенно сталкивались с подобным гидравлическим эффектом. Кроме того, мы полагаем, что аналогичный эффект может существовать и в аэродинамике. С другими нашими материалами можно ознакомиться на нашем сайте .
Будем рады переписке и возможному сотрудничеству. Адрес для переписки .
Спасибо.
С уважением;
инженер-гидроэнергетик Трещалов Герман Владиславович.
Уважаемый Герман Владиславович, в бытность патентным экспертом я действительно сталкивался с подобными гидравлическим или другими эффектами. И с удовольствием делюсь с Вами своим опытом. Чаще всего подобным эффектам находилось самое простое объяснение, а именно: грубые ошибки изобретателей в расчётах ожидаемого эффекта. По-видимому и Вы сильно завысили возможные потери в гидротурбине, в результате чего и «был обнаружен специфический гидравлический эффект». А то, что Вы способны на подобные ошибки, я легко обнаружил при чтении Вашей статьи «Высокоэффективный способ извлечения энергии из безнапорного потока текущей жидкости на основе специфического гидродинамического эффекта». Читаю (заменив Ваши обозначения M, H и V используемыми в нашей статье r, h и u соответственно):
«Группа инженеров сконструировала гидравлическую турбину для получения энергии из безнапорного потока текущей воды (свободно-поточный гидроагрегат). Однако, при замере его мощности, вдруг выяснилось, что энергии он дает больше, чем согласно расчетам. Всем известно, что движущийся поток воды имеет кинетическую энергию, которую из этого потока можно извлечь (что и делают свободно-поточные турбины). Однако извлечь из потока всю его кинетическую энергию невозможно. Для этого его бы пришлось полностью остановить, и он уже перестал бы быть текущим потоком. Поэтому скорость потока воды на выходе рабочего органа турбины меньше, чем входящего и именно этой разницей и будет определяться эффективность установки. С учетом того, что кинетическая энергия, как известно, пропорциональна квадрату скорости и при уменьшении скорости, например, в 2 раза энергия уменьшается в 4, то нетрудно посчитать, что, скажем, при скорости потока воды, входящего в турбину, равной 1м/c и выходящей скорости 0.5 м/с, мы сможем забрать у потока 75% его кинетической энергии.
…Однако следует еще учесть, что при уменьшении скорости выходящего потока, согласно условию неразрывности потока, должна увеличиваться его площадь. Это приводит к ухудшению равномерности потока на выходе из турбины, увеличению турбулентности, что плохо сказывается на КПД установки. Для уменьшения вредного влияния этих факторов в традиционных турбинах на выходе иногда устанавливаются расширяющиеся конфузоры, что отчасти повышает КПД.
… Но вернемся к нашей машине. Как говорилось выше, она выдавала энергии даже больше, чем полная кинетическая энергия потока. Мы попытались выяснить, откуда же взялась дополнительная энергия, полученная от машины, и только ли кинетической энергией обладает движущийся поток воды. (Мы здесь не рассматриваем внутреннюю, тепловую энергию воды, а также энергию межмолекулярных и межатомных связей воды, как вещества)». И пришли к выводу, «что в текущем потоке кроме кинетической энергии существует и потенциальная энергия, величина которой зависит от глубины потока».
|
|
Рис. 3. Схема установки: |
Предлагаемая турбина (рис. 3) «позволяет разгонять выходящий поток воды за счет частичного отбора энергии у входящего потока. То есть, это — машина с положительной обратной связью между энергиями входящего и выходящего потоков. В ней рабочие органы входного потока 1 извлекают часть кинетической энергии из потока и передают ее при помощи обратной связи 3 рабочим элементам выходного потока 2, дополнительно ускоряющим выходной поток. Поскольку расход воды, входящий в установку, равен выходящему, и скорость вытекающего потока выше, чем входящего, то площадь сечения выходящего потока будет меньше, чем входящего. Следовательно, его глубина h2 будет меньше, чем глубина входящего потока h1 на величину Δh. Вследствие этого возникает потенциальная энергия разницы уровней горизонтов входящего и выходящего потоков.
… Во всех математических выкладках нами используются только уравнение Бернулли (закон сохранения энергии) и уравнение неразрывности потока (закон сохранения массы). Учитывая, что турбина, расположенная в потоке воды, извлекает из этого потока некоторую энергию, обобщенное уравнение Бернулли для двух сечений свободного безнапорного потока: первого (до входа в установку) и второго (на выходе установки) — без учета потерь принимает вид
ρgh1 + ρu12/2 = ρgh2 + ρu2 2/2 + Е,
где E — энергия, забираемая турбиной из потока», ρ —плотность текущей среды, g — ускорение свободного падения тела в поле сил тяжести. Из приведённых выдержек можно видеть следующее.
1. Абсолютно неуместным в данном случае является включение в уравнение Бернулли слагаемого ρgh, учитывающего потенциальную энергию потока в поле тяготения. Оно необходимо в случае ГЭС с плотиной при наличии перепада между водной поверхностью водохранилища и уровнем установки гидроагрегата (этот перепад называется напором). Ибо в этом случае поток воды действительно падает в атмосфере (практически свободно) при ускорении силы тяжести g. Однако в Вашем случае турбина полностью погружена в водную среду речного русла и разнесение по высоте входа и выхода потока не обеспечивает свободного падения частиц жидкости с уровня h1 на уровень h2; то есть для свободно-поточной турбины с необходимостью выполняется условие g = 0. Очевидно, что это обстоятельство "выносит суровый приговор" проделанным Вами расчётам.
2. Столь же неуместным мне представляется исключение из уравнения Бернулли слагаемого, учитывающего внутреннюю энергию потока жидкости, о которой мы много говорили в предыдущих разделах нашей статьи. Это слагаемое учитывает статическое давление p потока жидкости, иначе говоря — давление заторможенного потока (гидродинамический напор). На входе в турбину это давление определяется выражением p1 = ru12/2, на выходе выражением p2 = ru22/2. В результате оказывается, что теоретически достижимая мощность нормальной турбины (с расширяющимся потоком в выходном диффузоре при u1 > u2) в два раза больше, чем подсчитанная Вами при учёте только кинетическую энергию потока.
3. Ничем, на мой взгляд, не обосновано включение в схему турбины (рис. 3) рабочих элементов 3 обратной связи. Их назначение — извлекать часть кинетической энергии из входящего потока и передавать ее выходящему потоку с целью его ускорения. Естественно, что часть отбираемой ими энергии будет теряться, в то время как в нормальной (без обратной связи) турбине обеспечивается передача энергии входного потока выходному автоматически и в полном объёме. Ускорить же выходной поток, как Вам известно, можно сужением выходного сечения потока в устройстве, называемом соплом. Однако при этом неизбежны потери энергии, которые не сможет полностью скомпенсировать никакой "гидравлический прыжок" от эффекта эжекции входного потока.
Заглянул на Ваш сайт и с удивлением воспринял размещённую там информацию о победе Вашего проекта на международном энергетическом конкурсе: либо в конкурсной комиссии не нашлось ни одного достаточно компетентного человека, либо оная комиссия руководствовалась специфическими соображениями. В любом случае Вам крупно повезло. Надеюсь, что повезёт и при рассмотрении международной заявки на получение патента. Ибо и в патентном ведомстве решение принимают не знающие эксперты, а руководящие ими опытные чиновники. Такова действительность.
Желаю удачи!
Инженер: К. П. Агафонов
Дискуссию по данной проблеме смотреть на сайте или .
(укажите свой возраст и род занятий)
< НАЗАД] [Главная] [Очерки] [Журнал] [НАЧАЛО >
