5. Продолжаем тему (полемика)
Трещалов Г. В., 12.07. 2008
Уважаемый Константин Павлович !
Я не считаю Ваши комментарии нелицеприятными. Напротив, мне очень приятно, что Вы заинтересовались этой темой, и если Вам в дальнейшем будет интересно ее продолжение, мы можем развернуть некоторую полемику по этому поводу, которую можем публиковать либо на Вашем сайте, либо на нашем, либо на обоих. Думаю это будет небезынтересно нашим читателям. Кроме того это поможет и нам более глубже разобраться во всех вопросах и эффектах, которые наблюдаются в нашей турбине.
Во-первых, по Вашим замечаниям у нас возникли некоторые вопросы. Мы их корректно сформулируем, и я пришлю их Вам позже.Но один их них могу задать прямо сейчас. Вы пишете, что в свободном потоке воды неприменимо g, или оно принимается равным нулю (если я Вас правильно понял). Но тогда непонятно, как это сочетается с формулой критической глубины свободного потока жидкости . Как можно видеть, g присутствует здесь в знаменателе. При g = 0 формула становится абсурдной.
Кроме того, прежде чем отправить Вам все возникшие у нас вопросы, я хотел бы Вам предложить для ознакомления еще некоторый материал по этой теме. Вот статья, в которой сотрудник ФИАН Захаров, объясняет аналогичный, как нам кажется, эффект
Можете ли Вы ее как-то прокомментировать.
Далее. Вот выдержка из письма, которое я получил от заведующего кафедрой гидроаэромеханики одного престижного российского ВУЗа (фамилию и название ВУЗа я не называю по понятным причинам).
Уважаемый Герман Владиславович!..... (опущено)
Разница между отданной потоком потенциальной энергией и приобретенной кинетической и есть энергия вырабатываемая энергоустановкой (с учетом непроизводительных потерь на трение и вихреобразование). Поэтому не является новостью, что получаемая энергия может быть больше кинетической энергии потока, и никаких специальных устройств с "обратной связью" не требуется, чтобы реализовать описанный в Вашей статье эффект. Соответствующие расчеты, как Вы правильно заметили, можно выполнить на основе уравнения Бернулли и уравнения неразрывности (сохранения массы). Думаю, что такие расчеты можно найти в литературе....
С уважением, зав. кафедрой гидроаэромеханики ....
Зав. кафедрой гидроаэромеханики подтверждает, что:
– описанный эффект существует и его можно реализовать;
– расчеты такого эффекта уже существуют и их можно найти в литературе (на вопрос, не может ли он нам указать ссылку на литературу с подобным расчетом ответа получено не было);
– из свободного потока безо всяких ухищрений можно получить энергию больше, чем кинетическая энергия потока, следовательно все свободнопоточные турбины получающие энергию при помощи вот этой формулы P = K * V 3 * S * p — это анахронизм и непонятно, почему их до сих пор применяют.
Можете ли Вы как-то прокомментировать и это?
Спасибо.
С уважением: Трещалов Герман Владиславович.
* * *
Агафонов К. П., 14.07. 2008.
Уважаемый Герман Владиславович!
Вы заинтересовались моей статьёй на сайте, посвящённом неоклассической концепции физики, которая возрождает и развивает классические физические традиции. Её выводы применительно к гидромеханике и, в частности, к Вашим разработкам свободнопоточной турбины я и представил в ответ на Вашу просьбу. Ваше право, соглашаться с ними или нет.
Вы поняли меня правильно: «в свободном потоке воды неприменимо g, или оно принимается равным нулю». Чтобы это стало абсолютно ясным, вернёмся к Вашей статье, утверждающей следующее:
«Представим себе кубометр воды размером 1м * 1м * 1м, движущийся со скоростью 1м/c.
Его кинетическая энергия не вызывает сомнений:
Ek = m * V 2 / 2 = 1000(кг) * 1(м/с) 2 / 2 = 500 (Дж )».
Так вот, уважаемый Герман Владиславович, этот кубометр воды весит ровно тонну, пока находится в атмосфере или, в частности, падает с верхнего уровня водохранилища на вход гидротурбины в плотинной ГЭС. А когда он находится в воде, он уже ничего не весит. Ибо согласно закону Архимеда на погружённое в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной погружённым телом. А в Вашей свободнопоточной турбине погружённым в жидкость телом является выделенный Вами объём той же жидкости. И естественно, что наш подход к задаче никак не согласуется ни с формулой Чугаева для критической глубины свободного потока жидкости, ни с мнением цитируемого Вами анонимного зав. кафедрой гидроаэромеханики, ни с Вашими собственными представлениями. Более того, он не согласуется и с общепринятым сегодня определением статического давления p в качестве одной из двух составляющих потенциальной энергии. Это и явилось главной причиной публикации нашей статьи (см. её начало). А почему не согласуется-то? Продолжим цитату из Вашей работы.
«Однако есть еще и давление верхних слоев воды на нижние (потенциальная энергия). И если мы позволим растечься этому кубу воды, мы сможем ее извлечь. С учетом того, что центр масс этого куба находится на половине его высоты, т.е. h = 0.5 м, она равна:
Ep = m* g * h = 1000(кг) * 9.8 (м/c2) * 0.5(м) = 4900 (Дж ).
То есть потенциальная энергия этого кубометра воды почти в 10 раз превышает его кинетическую энергию. Нетрудно посчитать, что при скорости равной 0.5 м/с эта разница составит почти 40 раз!»
Дорогой Герман Владиславович, как же при таких убеждениях Вы могли упустить следующую, совершенно очевидную возможность решения энергетической проблемы с помощью свободнопоточных турбин. Найдите в океанских глубинах одно из многочисленных подводных течений и опустите в него свою турбину, например, на глубину h = 5 км. В этом случае потенциальная энергия потока уже в 400000 (!) раз превышает его кинетическую энергию. Черпайте её и пусть разоряются Чубайс и Милляр вместе взятые! А можно пойти ещё дальше!
Пожертвуем относительно малой величиной кинетической энергии потока воды и будем использовать только его потенциальную энергию. Для этого прямо у себя в огороде выкопаем глубокую-глубокую яму и зальём её водой. Далее устанавливаем на дно ямы Вашу турбину и от неё получаем энергию. Как Вам такая перспектива?
Анонимный зав. кафедрой гидроаэромеханики прав в одном: подсчёт энергии свободнопоточной турбины по кинетической энергии действительно является анахронизмом. Как мы показали, необходимо учитывать и равную ей внутреннюю энергию потока; именно она есть главная причина обнаруженного Вами «специфического гидравлического эффекта». Что же касается его утверждения: «Разница между отданной потоком потенциальной энергией и приобретенной кинетической и есть энергия вырабатываемая энергоустановкой», то оно справедливо исключительно в отношении традиционных плотинных ГЭС.
Уважаемый Герман Владиславович, не возражаю против продолжения полемики на эту тему при одном условии: она должна проводится в рамках классической или неоклассической физики, не погружаясь в инженерно-прикладные науки. Физика — это фундамент всех этих наук, она первична и самодостаточна. Этому критерию указанная Вами статья С. Д. Захарова явно не отвечает и по этой причине мной здесь не комментируется.
И ещё одно: пишите прямо на домашнюю страницу сайта; такая возможность предусмотрена и в разделе ЖУРНАЛ, и в конце каждой его статьи (кликните надпись КОММЕНТАРИИ). А то читатели могут заподозрить меня в простом сочинительстве нашей переписки.
Желаю успехов: К. Агафонов
* * *
Трещалов Г. В., 17.07.08
Уважаемый Константин Павлович !
Спасибо за ответ. С удовольствием отвечаю на Ваше письмо и продолжим полемику. Я отделил и пронумеровал некоторые тезисы, на которые считаю необходимым ответить, либо, наоборот, задать вопрос или прокомментировать.
1. Цитата из Вашего письма: «И пришли к выводу, что в текущем потоке кроме кинетической энергии существует и потенциальная энергия, величина которой зависит от глубины потока».
– К этому выводу пришли не мы, а Бернулли, что и реализовал в своем уравнении, которое существует уже более 300 лет и очень хорошо сочетается с практикой. Для свободного потока жидкости (в отличие от напорного) отсутствует избыточное статическое давление и формула Бернулли принимает вид, который для свободного потока преобразован так: http://erg.glb.net/pub/info/hydraulics/Agroskin175.tif
Полная удельная энергия потока складывается из динамического и потенциального напоров (кинетической и потенциальной энергии). Ни один из членов здесь не может быть аннулирован простым принятием g = 0. "Аннулирование" члена rgh (потенциального напора H в приведенном по ссылке выше уравнении) или, тем более, приравнивание g нулю абсолютно неправомерно, – оно противоречит уравнению Бернулли и здравому смыслу.
В свободном потоке с неизменной глубиной (h1 = h2) эти члены равны между собой, но ни в коем случае не равны нулю, то есть потенциальный напор входящего потока равен пот. напору выходящего. Однако, если каким-либо образом понизить глубину выходящего потока (что и делается специальной турбиной), то можно эту энергию извлечь.
В напорных ГЭС это делается плотиной. Вы можете поднимая отметку нижнего бьефа постепенно сравнять h1 и h2, но это вовсе не будет означать, что потенциальная энергия потока куда-то исчезла (это противоречит закону сохранения энергии), она просто сравняется и для нижнего бьефа и для верхнего.
(С полным перечнем вопросов Трещалова к Агафонову можно ознакомиться ).
* * *
Агафонов К. П., 18.07.08
Здравствуйте, Герман Владиславович.
Ну и вопросики! Вы что хотите-то: с моей помощью разобраться в чём-то для себя важном и трудном или, напротив, пытаетесь переубедить меня, предлагая кучу ссылок на «авторитеты»? Увольте! У меня и моего сайта другая задача. Знал бы, ни за что не согласился на подобную «полемику». Подозреваю в ней совершенно бессмысленную трату драгоценного для себя времени (уже далеко не молод). Поэтому излагаю далее главное, не вступая с Вами в бессмысленные споры по вопросам, прямо не касающихся тематики сайта и, в частности, смысла уравнения Бернулли.
Нехорошо сваливать вину за собственные ошибки на Бернулли. Своё уравнение (существенно отличающееся, между прочим, от современного его представления) он получил, анализируя истечение жидкости из большого сосуда в атмосферу через узкую трубку с отверстием (см., например, Г. М. Голин и С. Р. Филонович «Классики физической науки», М., Высшая школа, 1989, с. 173–177). Эта же схема реализуется в водонапорных (плотинных) ГЭС, с той лишь разницей, что истечение жидкости в ту же атмосферу осуществляется через проточную часть гидротурбины. Ваш случай свободнопоточной турбины Бернулли не рассматривал. И, перефразируя Маяковского, посоветую на будущее: «Не делайте под Бернулли, делайте под себя».
Далее. Вы, к сожалению, не приводите уравнение Бернулли для свободного потока, а отсылаете меня к Агроскину. (На это мне следовало бы отослать Вас по другому, более известному адресу и закрыть нашу «полемику»: всё-таки Вы у меня в незванных гостях, а не я у Вас). И, как я понимаю, в это уравнение Вы с Агроскиным не включили статическое давление p. Но одновременно запрещаете подобную же операцию в отношении двух других слагаемых уравнения Бернулли. Ну и какие у Вас основания для столь вольного обращения с уравнением Бернулли?
Давайте уж будем последовательными и запретим выбрасывать любое из трёх слагаемых уравнения Бернулли в отсутствие на то его личного разрешения. Тогда для единичного объёма жидкости на входе и выходе свободнопоточной турбины имеем:
(1) rgh1 + p1 + ½ ru12 = rgh2 + p2 + ½ ru22.
Для обычной (с соосным входом и выходом) турбины u1 > u2, h1 = h2. Статическое давление p (в Вашей и Агроскина интерпретации, как я подозреваю, определяемое тем же слагаемым rgh) на входе и выходе также одинаковы p1 = p2. В результате турбина приобретает энергию
(2) W = ½ ru12 – ½ ru22.
Как видим, эффект точно такой же, как и при условии равенства нулю ускорения свободного падения g. Почему же тогда с Вашей точки зрения «приравнивание g нулю абсолютно неправомерно», и в чём конкретно «оно противоречит уравнению Бернулли и здравому смыслу»? Здравому смыслу нахально противоречит Ваше заявление о свободном (возможном только в безвоздушном пространстве) падении единичного объёма жидкости на входе в Вашу турбину, полностью погружённую в русло реки. Ибо это для любого трезвого человека очевидная неправда и одновременно грубое противоречие закону Архимеда, который, по-видимому, Вам незнаком (иначе как же его можно игнорировать в рассматриваемом случае?).
На практике выходная энергия турбины может заметно превышать определяемую уравнением (2), что для Вас с Агроскиным, конечно, должно означать наличие загадочного «гидравлического эффекта». И Вы пытаетесь использовать и одновременно объяснить его особенностями своей турбины, — с разнесёнными по высоте входом и выходом при h1 < h2. Нетрудно сообразить, однако, что в этом случае слагаемое rg Δh от перепада высотных напоров в точности компенсируется слагаемым Δp от перепада статических давлений, в результате чего решение уравнения Бернулли (1) даёт ту же по величине выходную энергию (2) турбины. Из этого я делаю вывод: физическая природа «гидравлического эффекта» Вами не раскрыта. Какова же она на самом деле?
Согласно нашей, неоклассической концепции физики статическое давление p характеризует не потенциальную, а внутреннюю энергию единичного объёма жидкости, которая элементарно может быть подсчитана. Пусть единичный объём жидкости (его масса m равна плотности r жидкости) разгоняется в сопле или тормозится в диффузоре под воздействием силы F. Согласно второму закону динамики Ньютона
F = r du/dt.
Представим его в форме Fudt = mudu и проинтегрируем за малый отрезок времени Δt; в результате имеем:
FuΔt = ½ mu2 + С.
Здесь слева стоит скалярная величина
A = FuΔt,
называемая работой силы F по перемещению тела на длине отрезка пути uΔt в направлении поступательного движения; а выражение справа включает приращение (или убыль) кинетической энергии поступательного движения Wk = ± ½ mu2 и постоянную интегрирования С. Последняя легко находится из очевидного начального условия Δt = 0. Это даёт для постоянной С величину
С = W0 = ½ mu2,
которая и определяет внутреннюю (скрытую) энергию тела.
Это означает, что статическое давление в уравнении Бернулли есть давление (напор) заторможенного потока жидкости, в отличие от напора высотного или гравитационного. Это два совершенно разных понятия, а не одно и то же (определяемое параметром rgh), как представляете себе Вы с Агроскиным. А полная энергия свободного потока определяется суммой кинетической энергии и статического (заторможенного) давления или напора и равна mu2. Следовательно, выкинув из уравнения Бернулли для свободного потока параметр p и сохранив в нём параметр rgh, Вы с Агроскиным сначала «угодили пальцем в небо», а затем в другое популярное место.
За сим разрешите откланяться, уважаемый коллега. Если и на сей раз сказанное Вас не убеждает, обращайтесь к специалисту иного профиля. Дополнительных пояснений не обещаю. Ибо, как я убедился, Вы и юмор не распознаёте и не воспринимаете. А такие «полемисты» мне просто не интересны: они навевают скуку или, в худшем случае, вызывают раздражение (за которое я и извиняюсь).
Через недельку-другую Ваши вопросы со страниц сайта уберу как спам. «Не ко двору они», уж извините! Не хочу обременять своих читателей банальностями и нравоучениями, которые Вы нам демонстрируете.
К. Агафонов
P/S
Уважаемый Герман Владиславович!
Вы заинтересовались моей статьёй. И я вправе был ожидать от Вас вопросы, направленные на уточнение моей позиции в данной проблеме. И только! Ваша позиция и позиция "авторитетов" мне хорошо известна и дополнительных разъяснений или сомнительных обоснований не требует. И переключаться на решение Ваших проблем, отложив свои до лучших времён, я не намерен. Решайте их сами, а за поддержкой своей позиции обращайтесь не ко мне (здесь Вы её не найдёте), а к ЕДИНОМЫШЛЕННИКАМ.
Ещё раз прошу извинений за допущенную резкость.
Искренне желаю успехов!
К. Агафонов, 19.07.08, 08 -10
(укажите свой возраст и род занятий)
< НАЗАД] [Главная] [Очерки] [Журнал] [НАЧАЛО >