Comments 104
Очередной проект на тему "Мы такие умные сейчас придем и сделаем все лучше, чем вышло у природы", закончится как обычно, "Биосфера черного моря разрушается и мы ничего не можем поделать". Может хватит?
Предлагаете "вернуться в пещеры", что бы не соревноваться с природой в заведомо проигрышном ("как обычно") стремлении улучшить/извлечь выгоду? Думаю подавляющее количество землян проголосует за прогресс и сопутствующий ему комфорт.
Ну, если все расчеты верны, и граница сероводородного слоя неуклонно движется к поверхности, то биосфера Черного моря как раз-таки разрушается без нашего участия. Подождем?
Если верна гипотеза, что источником сероводорода являются канализационные стоки городов - то биосфера Черного моря как раз-таки разрушается с нашим участием.
Сероводород в Чёрном море был обнаружен в 1890 году русской океанографической экспедицией. Согласно ней и уточнённым впоследствии данным сероводород находится в более чем 90 % общего объёма воды, подступая к поверхности моря в центральной части на 50 метров, у берегов — на 300 метров.
как по мне - человеки не могли столько насрать в черное море особенно.
все таки официальная ( и более правдоподобная ) версия это:
из-за восстановления бактериями моря сульфатов во время разложения мёртвого органического вещества,
в силу особенностей сообщения Чёрного моря с мировым океаном — оно осуществляется через узкий пролив Босфор.
Жили на побережье за несколько тысяч лет до этого, а Анатолия — вообще один из первых центров цивилизации. Плюс Дунай, Днепр и Дон впадают именно туда, и до 19 века на берегах этих рек не один миллион людей жил.
farm6.staticflickr.com/5613/31550717933_a0e6bac019_o.jpg
unece.org/fileadmin/DAM/env/water/blanks/assessment/black.pdf
Так что я бы не спешил от этой версии отказываться, впрочем о выработке сероводорода человеком за год и его разложении по пути в море, не в курсе, может и не выходит миллионы тон.
Хотя беглое гугление показало, что скорее всего виноваты бактерии и плохое перемешивание воды.
Что-то тут нечисто с цифрами и расчетами. Чтобы просто перекачать 68000 куб.м воды в час, к примеру, с глубины 500м - нужен насос на 3,8 МВт. И это без учета трения и т.п. Как эта штука будет работать на 50КВт существовать - непонятно.
Написано же -- вся работа на глубине, ничего качать "вверх" не нужно.
Но по большому счету как-то это все очень мутно.
Если водород сжигать на месте, то и вода на месте образуется, и в море остаётся. А вот как опреснитель, эта установка не годится ...
Погуглите, почему похожая штука не получилася для подачи воздуха водолазам.
Внизу на конструкцию будет давить вода в 50 атмосфер.
Соответственно если внутри полужесткой конструкции не будет 50 атмосфер, ее сплющит.
Если конструкция жесткая и держит 50 атмосфер, то надо либо сжигать при 1 атмосфере и эту одну поддерживать под водой(где давление 50), либо как-то выталкивать на месте с тем же давлением.
А еще будет та же потеря давления в трубопроводе. Для газа те же процессы, только коефициенты другие немножко.
50 атмосфер — это немного. Подводная лодка вполне себе не сплющивается. Соответственно поддерживать 1 атмосферу внутри конструкции на такой глубине тоже является вполне возможным. Если реакцию в которой должен участвовать воздух лучше проводить под давлением равным окружающему в море, то что мешает там внизу из 1 атм. воздуха делать 50 и потом проводить реакцию?
50 атмосфер — это немного. Подводная лодка вполне себе не сплющивается.Очень многие подводные лодки сплющатся на глубине в 500 метров. И вы посмотрите, какой толщины у них прочный корпус.
Банка колы сдерживает огромное давление на разрыв, но на сплющивание - чуть меньше чем никакое.
Удержать давление внутри и не дать расплющиться конструкционно разные проблемы. Что бывает если неправильно охладить цистерну (пар внутри конденсируется и образуется сильно разряженный воздух). А я не уверен что я балдой то смогу эту цистерну помять. И это всего одна атмосфера. Глубоководные штуки просто умопомрачительный геморрой.
2) Изгибы бывают очень разные. У вас какой-то сферический изгиб в вакууме. К примеру, если вы будете измерять «изгиб» на нулевом отрезке, то это будет прочность на срез и она у того же бетона больше, чем на растяжение. Если вы говорите о прочности на изгиб, который измеряют при сосредоточенном напряжении на отрезок между двумя/одной опорами, то причем тут эта величина, если в случае с трубой у вас будет не сосредоточенное напряжение на кольцевой профиль? Прочность трубы для такого случая нужно не в табличке прочностей на изгиб смотреть, а рассчитывать. И она будет сильно зависеть от параметров конструкции. К примеру, в случае с метровыми стенками и миллиметровым диаметром отверстия она будет приближаться к прочности на сжатие. Поэтому не понимаю зачем обсуждать сферические прочности в вакууме?
Вы сами уже выше согласились, что задача сделать трубу выдерживающую внешнее давление в 50 атмосфер не считаете невозможной.
Слушайте, я вообще мимо проходил и зацепился за банку колы. Но складывается ощущение что вы живете в мире с какой-то другой физикой. Вот простой эксперимент: найдите железную линейку и попробуйте её согнуть. Не очень сложно, не так ли? А теперь попробуйте её порвать. Если у вас получится - разговоров нет, но, скорее всего, не получится.
К чему этот абстрактный пример? К тому что сдержать внутреннее давление - это работа на разрыв. Для сферы - на равномерный разрыв сразу везде.
А сдержать сжатие - это работа на изгиб (если есть полости). Ваш пример с бетонной банкой колы работает только если банка не полая (хех, тогда это и не банка вовсе). Если внутри есть пустоты - она прекрасно сложиться внутрь. Даже если внутри цистерны наделать поперечек, которые будут работать на сжатие - любой перекос сразу же выведет систему из баланса и схлопнет.
Обычные вакуумные штуки для DIY чтобы пузырьки из эпоксидки доставать уже впечатляют толщиной стенок.
У тех же батискафов конструкция сделана с учетом таких деталей. Например, «поплавок» (самая большая часть корпуса) изначально гибкая и позволяет уравнивать внутреннее и внешнее давление, а гондола - шар с толщиной стенок в пол метра.
И это все - маленький объект. А теперь поговорим о трубе диаметром метр и длиной 500. цилиндр гораздо хуже работает на сжатие чем шар, а если учесть градиенты, течение, разные напряжения, изгибы (не дающие пользоваться, например, стеклом) - всё это возможно, но это будет мягко говоря толстостенная вещь, рентабельность которой открытый вопрос.
PS и нет, глубоководные не развалятся если их надуть изнутри, разве что окна вывалятся, которые не были предназначены на давление изнутри, да и то вряд ли.
шар с толщиной стенок в пол метраДа чо уж там, берите километр! Толщина стен гондолы батискафа «Триест», который опускался на дно марианской впадины — 12см, при внутреннем диаметре 2 метра.
P.S. вот иллюминаторы и вывалятся, т.к. имеют форму усеченного конуса и совсем не заточены на давление изнутри.
P.P.S. откуда взялся диаметр трубы равный метру? в условиях задачи такого не было.
Погуглил. Прочный корпус составляет до 35 мм стали у подлодок с критичной глубиной около 500 м. А еще их любят делать из титана (хорошо, не любят, но пытались). А еще у них есть такая совсем неважная вещь как шпангоуты, про которые вы умолчали, идущая каждые 300 мм, представляющие из себя довольно значительные балки. И внутренние силовые перекрытия.
Пол гондолу вы правы, но 120 мм стали это прям совсем не мало. Впрочем, не владею математическим аппаратом чтобы сказать как он должен уменьшаться в зависимости от диаметра, плюс гондола - сфера, а мы говорим про цилиндр.
Про метр диаметра где-то тут проскакивало в комментариях. Давайте уменьшим до 400 мм, выглядит правдоподобно для перекачки воды / газа.
Ну выверните вы эти стенки, чтобы они при давлении снаружи на растяжение работали.
Немного водорода превратить в газ и вот вам тянущая сила. Осталось придумать оригинальное инженерное решение.
"Качать" воду с глубины 500 метров - это не то же самое, что закачивать воду на высоту 500 метров. Грубо говоря, вы её из верхушки трубы вычёрпываете, а она опять самотёком поднимается.
Ибо когда вы выкачиваете сверху, то у вас будет падение давление пропорционально расходу и обратно пропорцианально сечению трубы, за счет трения включая трение об стенки. И когда сумарное падение давления превысит всего одну атмосферу, то у вас все прекратится, черпать будете воздух.
Именно потому насосы ставят внизу трубы и они дают сильно больше 1 атмосферы.
arheops, Вы, кажется, что-то не то сформулировали. Падение давления практически полностью определяется высотой столба жидкости. От сечения трубы оно не зависит вообще никак. Точнее, трение об стенки зависит, но в случае водяного насоса это обычно о-малое.
Но вывод верный - сосущим насосом выше 10м (давление на этой глубине = 1атм) воду действительно не поднять
Как только вы начинаете что-то выкачивать, вода начинает двигатся и появляется зависимость.
Для малых диаметров есть калькуляторы на сайтах сантехников, можете ознакомится.
500 метров это достаточно много, чтоб при одной атмосфере эффект был более чем значительный.
В данном случае вы не поднимаете воду, а перекачиваете. И будет не 10м, а сильно больше. 10м актуально, если эти 10м выше зеркала воды. Для абсолютно горизонтального участка в первом приближении береться коефициент 10(тоесть 100м вбок до насоса).
Таблицы я не помню, но для трубы 1/2дюйм практическое значение — три атмосферы на 60м. Если у меня насос дает меньше 3атмосфер, то на 60м трубы вода практически не течет, есть у меня на даче такой участок. Не, оно течет, где-то литров 3-5 в минуту, не больше. Начинает течь нормально при поднятии до 4х. Участок абсолютно горизонтальный.
Для описанных в статье десятков тысяч литров расхода размер трубы, из которой это можно просто вычерпать не опуская вниз насос будет измеряться метрами, если не десятками. Напоминаю, тут 500м глубины. Вероятно, единственный приемлимый вариант при трубе меньше двух метров будет насос на глубине 400-450. И по насосу каждые 100м.
Давайте проведём мысленный эксперимент. Берём открытый с торцов кусок трубы диаметром 1 метр и длиной 500 и погружаем его вертикально в воду на всю длину, так, чтобы верхний край остался чуть выше уровня воды. Теперь берём ведро, зачёрпываем изнутри трубы, и переливаем куда-нибудь в другое место. Повторяем много раз. Я правильно понимаю, что вы утверждаете, что уровень воды внутри трубы постепенно начнёт понижаться? Если это и правда так, то при каком диаметре трубы этот эффект исчезнет?
Называется «динамический уровень воды в скважине».
Связан с трением воды при движении и конечном профиле сечения трубы.
Научно через закон Бернули обьясняется и потери на трение об стенки(а раз потери есть, по закону сохранение необходима компенсация).
Кстати, если бы эффекта не было — все реки бы моментально с бесконечной скоростью стекали бы в море ;) Да и насосы бы, в общемто, не работали.
Просто смиритесь с тем, что для прокачивания чего-то нужна энергия и она передается давлением столба.
Проверить самостоятельно можно взяв садовый шланг и бочку, чем длинее шланг тем дольше бочка будет вытекать, возможно, вы уже такое делали. Почему? Потому, что бочку можно представить насосом с напором равным ее высоте. Можно упростить, взяв трубку от капельницы и чашку чая. Можно даже сделать как вы хотите, трубку от капельницы всунуть в внутрь трубки для коктелей(в 4 раза больше), а эту трубку для коктейля погрузить полностью в воду. В этом случае трубка от капельницы будет играть роль «ведра». Полагаю, при перепаде в полметра внутри второй трубки будет не просто видимое уменьшение уровня, но оно будет сантиметров 5.
Компенсацией расходов на трение и т.п. в данном случае является давление воды моря на уровне нижней части трубы, которое превышает давление воды внутри трубы из-за разностей высоты столба воды и моря, после того как из трубы сверху откачали.
А то получается, что если в трубе уровень установится ниже, чем в окружающем море, значит в нижней части трубы давление столба воды внутри трубы ниже, чем снаружи трубы и тогда что за сила удерживает наружную воду от поступления внутрь трубы в область меньшего давления?
Да, в трубе возникает разница давления обусловленная как раз факторами выше.
Просто смиритесь с тем, что для прокачивания чего-то нужна энергия и она передается давлением столба.
Не хочу Вас разочаровывать, но подавляющая часть человечества с этим смирилась еще со времен Паскаля-Бернулли ;-)
Но только и Вам тоже придется смириться с тем, что прокачивание воды за счет веса столба - это далеко не единственный возможный случай. Бывает очень много ситуаций, когда столба нет, а энергию дает насос. Например, в случае обсуждаемой установки два столба (внутри и снаружи трубы) в нулевом приближении практически полностью уравновешивают друг друга. Поэтому их (столбы) можно вообще не учитывать. Подробнее написал в соседнем комментарии.
Я правильно понимаю, что вы утверждаете, что уровень воды внутри трубы постепенно начнёт понижаться? Если это и правда так, то при каком диаметре трубы этот эффект исчезнет?
Эффект исчезнет при бесконечном диаметре.Называется «динамический уровень воды в скважине».Связан с трением воды при движении и конечном профиле сечения трубы.Научно через закон Бернули обьясняется и потери на трение об стенки(а раз потери есть, по закону сохранение необходима компенсация).
Как ни странно, но Вы оба правы ;-)
Вопрос только в соотношении величин: какой эффект главный, а каким можно пренебречь.
1. Да, при отчерпывании ведра воды из 500-метровой трубы уровень в ней сначала заметно понизится. Только вот не из-за эффекта Бернулли (при диаметре трубы больше ведра и длине трубы 500м он будет сравнительно небольшим), а из-за того, что для выравнивания уровней всю воду в трубе надо будет привести в движение. Допустим, мы вычерпнули 10см воды, это значит, что давление в нижнем створе трубы уменьшилось на 0.01атм, или на 1000 Па.
1 Паскаль - это 1 Ньютон /метр квадратный. Масса воды в столбе высотой 500м площадью 1м2 = 500 тонн. Итого, мы прикладываем силу 1000Н к массе 500 000 кг. Это даст ускорение 1/500 м/с2. В грубом приближении (если не учитывать, что по мере выравнивания уровней сила будет уменьшаться - лень сейчас интегрировать) уровень воды в трубе сравняется с уровнем моря примерно через 8 секунд.
Обратите внимание, что все площади сократились! Важно только начальное понижение уровня и глубина трубы. И что результат этого вычисления от сечения трубы вообще не зависит - если, конечно, трением можно пренебречь. Я опять-таки в таблицы не лазил, но почти уверен, что при диаметре трубы полметра (чтобы влезло ведро), скорости потока сантиметры в секунду и длине 500м трение будет поправкой второго порядка малости. У кого есть под рукой все коэффициенты - поправьте, если не так.
2. Теперь про реки. Даже если бы они были абсолютно прямыми, вода бы там вовсе не текла с бесконечной скоростью. Так как ускорение - это синус уклона, а он достаточно небольшой. Во-вторых, реки всегда изгибаются. Поэтому на каждом повороте вода тормозится, а потом ей надо опять разгоняться. Это еще на порядки увеличивает время стока. Что же касается трения о берега, а также вязкого трения в потоке воды, то они, разумеется, тоже имеют место. Мне было бы интересно если кто-то обсчитает все эти эффекты с формулами, но интуиция мне подсказывает, что для типичных равнинных рек с кучей меандров эффект Бернулли в замедлении потока воды вовсе не основной ;-)
1. Кажется, Вы меня неправильно поняли. Я отвечал вот на это утверждение, относящееся к всасывающему насосу:
И когда сумарное падение давления превысит всего одну атмосферу, то у вас все прекратится, черпать будете воздух.
Я утверждаю, что слов "суммарное" тут лишнее, и даже вводит в заблуждение. Так как никто не будет сосать воду тоннами через трубку диаметром пару см. При любых разумных параметрах всасывающего насоса 99% этой от суммы - это давление водяного столба. А в статике - ровно 100%. То есть, максимальная высота подъема жидкости с помощью всасывающего насоса всегда равна 10м плюс минус малая поправка, зависящая прежде всего от атмосферного давления.
Если труба узкая, и при быстром потоке жидкости трение начинает создавать ощутимый эффект, то это вовсе не значит, что вода перестанет подниматься, скажем, на 9.9м! Нет, она просто потечет медленнее. Скорость упадет до такой степени, чтобы эффект трения уложился в те 10см резерва, которые у нас есть (разница между условными 10м и 9.9м).
Поэтому повторю еще раз: максимальная высота подъема воды с помощью всасывающего насоса не зависит от сечения трубы. Вообще никак. И уж тем более, она никак не может быть "пропорциональна расходу и обратно пропорциональна сечению трубы". Именно это утверждение является прямой ошибкой, которую я пытаюсь исправить.
А вот что вполне может (и при малом сечении/большом расходе обязательно будет!) зависеть от соотношения сечения трубы и расхода - так это эффективность работы насоса. Только вот это утверждение верно для абсолютно любых насосов и труб. А вовсе не только для всасывающего насоса.
2.
Теперь рассмотрим второй вопрос - про насос для перекачки жидкости НИЖЕ уровня моря. В идеальном (нулевом) приближении насос в этом случае можно ставить как внизу, так и вверху - нет никакой разницы! Так как мы вовсе не пытаемся поднять воду вверх силой атмосферного давления, а перекачиваем самоуравновешенные столбы жидкости Для простоты, начнем рассмотрение со статики. Сделаем две вертикальные трубы высотой 500м, нальем туда одинаковую воду. Соединим две эти трубы перемычками внизу и вверху. Будет ли вода в этих трубах в равновесии? Да, конечно Причем на каждом уровне.
Теперь поставим в одну из перемычек насос (не важно, в нижнюю или в верхнюю). При его включении вода начнет циркулировать по трубам со скоростью, зависящей только от динамического сопротивления. Если насос маленький, а трубы большие, то сперва еще будет довольно долгий переходный процесс, чтобы вода пришла в движение (надо ее разогнать). Но в пределе все будет определяться только мощностью насоса и динамическим сопротивлением труб.
Больше того, если теперь взять эти две трубы с перемычками, и положить их горизонтально, то скорость перекачки воды останется той же самой. Так как в обоих ситуациях в начальный момент (в статике) мы имеем самоуправновешенную жидкость. Давление в каждой точке любой трубы равно весу столба жидкости над ней.
3.
Ну и теперь к теме статьи. Там вместо одной из труб - просто море. И все было бы хорошо, если бы вода в море и в нашей трубе была одинаковая. Тогда идеальная модель работает. На практике вода на разных глубинах моря отличается соленостью, температурой, содержанием газов и пр. То есть, плотность воды внизу и вверху разная. Поэтому если мы заполним нашу трубу более плотной водой из глубины, то равновесия не будет!! Вода в трубе будет весить больше, чем такой же столб воды рядом в море. Поэтому уровень воды в нашей трубе изначально (без всяких насосов) будет ниже, чем в открытом море. И как только эта разница превысит 10м, насос в верхней перемычке окажется бесполезным. Так как даже при полной откачке воздуха из нашей трубы столб жидкости в ней все равно не дойдет до насоса. Мы же пока не умеем по своему желанию создавать отрицательное давление...
Дальше уже надо считать с точными данными о плотности воды и пр. - при какой длине трубы насос можно ставить в любой перемычке, а при какой - только в нижней.
Так что задачка и правда не совсем тривиальная: надо учитывать сразу все упомянутые эффекты. Только вот делать это надо осознанно, ясно понимая, от каких именно параметров установки зависит величина каждого эффекта. А не просто
формально подставляя циферки в формулы
Иначе иногда можно получить достаточно странные результаты. Например, вот задачка из курса физики, которая привела меня в ужас: по утверждению моего знакомого репетитора, больше половины школьников не смогли с ней правильно разобраться самостоятельно. Рассмотрим наклонную плоскость и лежащий на ней деревянный брусок. Если умножить вес бруска на синус угла, то получим скатывающую силу. В начальный момент плоскость слегка смазана маслом, коэффициент трения близок к нулю, и сила трения слегка недостаточна, чтобы этот брусок удержать - он с небольшим ускорением катится вниз. До этого момента все хорошо: школьник выводит формулу для ускорения и ее применяет.
Но после этого коварный преподаватель посыпает наклонную плоскость песком. Коэффициент трения возрастает в несколько раз. Ученик подставляет новые данные в формулу... и неожиданно брусок начинает с разгоном подниматься наверх!
Это я к тому, что любая формула всегда описывает какую-то модельную ситуацию. И что прежде, чем ее применять, надо сперва проверить: а является ли эта модель хорошим приближением реального объекта, или же мы незаметно вышли за есть условия применимости формулы, когда не учтенные в ней эффекты перестают быть пренебрежимо малыми. Либо наоборот - учтенные в формуле эффекты становятся малыми по сравнению с другими воздействиями. Именно это и произошло в нашем случае, когда уважаемый оппонент начал настаивать на корректности аргумента про дельта P, не оговорив сперва точные условия рассматриваемой им задачи. Что и привело к некорректности всего текста, так как из предшествующего текста напрашивается мысль, что рассматривается другая задача.
Разницей в плотности воды можете пренебречь. Во первых, вода будет разжиматься по мере всплытия. Во вторых, плотность не сильно отличается, поскольку вода плохо сжимаема. А состав не настолько влияет на плотность.
Разница есть. Вам просто не удастся поднять воду на 100м с какой-то значимой скоростью если насос будет вверху… Причину я описал уже, сколько можно.
При сечении трубы в 1м2 и потоке 68 ТЫСЯЧ тонн в час у вас каждую секунду проходит 18.88 тон через метр, тоесть поток около 19мс.
Модель данной вундервафли вообще никак не отличается от стандартной скважины. Там тоже насос ниже уровня воды, труба сильно меньше обьема воды в скважине и снизу водный горизонт давит. Ну кроме нереальной глубины в 500м.
Насос прийдется ставить в самом низу трубы, поверьте. Иначе скорость в трубе прийдется снижать до долей м/с или размеры трубы делать метров 10 в диаметре, что на 500м будет стоить как гидроэлектростанция. И похожим опорным фундаментом, чтоб не унесло штормом.
При сечении трубы в 1м2 и потоке 68 ТЫСЯЧ тонн в час у вас каждую секунду проходит 18.88 тон через метр, тоесть поток около 19мс.
Понятно, что цифры странные. И что при скорости 19м/с и сечении метр и меньше трение очень даже придется учитывать. Но Вы-то сначала сделали общее утверждение, не привязывая его к данным конкретным цифрам. А в общем случае оно некорректное.
Разница есть. Вам просто не удастся поднять воду на 100м с какой-то значимой скоростью если насос будет вверху…
А вот здесь Вы настаиваете на своей ошибке. Еще раз: ЕСЛИ объем прокачки ограничен прежде всего динамическим трением (это основной фактор!), ТО абсолютно не важно, где стоит насос: вверху или внизу. Или даже в середине трубы. Приложенная мощность (которую насос передает потоку воды) одинакова в любом случае.
Модель данной вундервафли вообще никак не отличается от стандартной скважины. Там тоже насос ниже уровня воды, труба сильно меньше обьема воды в скважине и снизу водный горизонт давит. Ну кроме нереальной глубины в 500м.
А, я кажется понял Вашу логику рассуждений! Но к сожалению, это неправильная аналогия. При использовании отсасывающего насоса (вверху) снизу давит не водный горизонт, а атмосферное давление.
Именно оно поднимает воду, если насос стоит наверху.
Колодец-то у нас обычно открытый, поэтому никакого "давления водного горизонта" нет. Это если мы рассматриваем зону аэрации. Случай водоносного горизонта с избыточным давлением (артезианский) в нашем примере нет смысла рассматривать: если вода самотеком из скважины поднимается выше поверхности, то насос не нужен вообще. А если установившийся уровень ниже поверхности, то просто рассматриваем насос, установленный в этой точке. Поскольку речь идет о модели, то будем рассматривать максимально простую модель, где есть все основные факторы. То есть, у нас есть колодец с установившимся уровнем, и насос может быть либо верху, либо на этом уровне.
Если мы хотим поднять воду на 8м (пока вроде все ок?), то даже при абсолютно эффективном насосе наверху скважины избыточное давление внизу будет 0.2атм. Почему именно 0.2атм - это разность между весом воды в трубе (столб высотой 8м) и атмосферным давлением. И это в идеальном случае, когда наш насос создает наверху идеальный вакуум, и на столб воды в трубе атмосфера не давит совсем. На практике же верхний насос обычно не сможет создавать полный вакуум, а лишь 0.1атм... Эти 0.1атм никуда не денутся, а добавятся к весу воды в трубе. Тогда избыточное давление (которое и толкает воду в трубу) будет всего лишь 0.1атм.
Если же мы ставим тот же самый насос (который создавал разряжение 0.9атм) внизу, то избыточное давление будет равно 0.9атм. В 9 раз эффективнее! И это еще у нас хороший насос попался... С плохим (который не умеет давать дельта P 0.8атм) можно даже с 8м не поднять...
Теперь рассмотрим второй пример.
Пусть к нас будет насос получше, который "умеет" нагнетать под давлением 10атм. Тогда при установке этого насоса вверху он создаст нулевое давление (напомню, отрицательного не бывает!), и заталкивающее давление будет опять-таки равно 0.2атм.
А если мы его поставим внизу - то получим избыточное давление 10атм.
Теперь уже в 50 раз больше!
Именно поэтому в скважине, где существенную роль играет атмосферное давление, разница между "верхним" и "нижним" насосом не просто есть - она огромная.
А вот в при перекачке воды в глубине океана - разницы нет.
Надеюсь, теперь понятно, что утверждение "Насос прийдется ставить в самом низу трубы" - ложное? Что, впрочем, вовсе не отменяет критику проекта по другим основаниям ;-)
Черт, а ведь я вчера среди ночи глюканул, когда свои примеры придумывал. Сообразил, только когда уже от компа ушел. Для насоса внизу скважины надо вес водного столба вычитать точно так же! Ведь снаружи трубы воды в этом случае нету!
Поэтому в моем первом примере (глубина зеркала воды 8м, насос 0.9атм) выигрыша на самом деле не будет. А во втором случае (насос 10атм) выигрыш получится 0.2 атм vs 9.2 атм - вовсе не в 50 раз, а только лишь в 46!
Прошу прощения за ошибку.
Но общий вывод корректный: для насоса в скважине (если он создает перепад давлений более 1 атм) нижняя и верхняя позиции дают существенно разную эффективность. А для насоса в океане (когда давление воды в одной трубе уравновешивается ее давлением в другой - т.е. снаружи трубы) разницы не будет вообще. Если плотность воды в трубе и снаружи нее одинаковая, то в обоих положениях насоса заталкивающая сила получится одинаковой.
И еще: тут вчера написали, что при подъеме воды по трубе будет происходить дегазация сероводорода. Поэтому если этот газ не будет успевать уходить (при достаточно быстром потоке жидкости), плотность воды в трубе (где газ в виде воздушных пузырьков) может оказаться даже ниже, чем в океане (где газ ниже уровня 300м растворен, либо его нет вовсе выше этого уровня). При этом скорость потока не должна быть очень большой, т.к. пузырьки газа поднимаются сравнительно медленно (явно меньше 1м/с). При такой ситуации достаточно лишь запустить процесс, а дальше вода пойдет самотеком. Но конечно, это лишь качественный анализ; чтобы делать реальную установку, надо все посчитать с точными цифрами.
Если быть точнее, то максимальная скорость откачивания любым насосом, расположенным внутри трубы, будет пропорциональна времени за которое уровень воды в трубе поднялся до точки расположения насоса, после её раскупоривания. Чем ниже насос — тем большая возможная максимальная скорость откачивания.
1 атмосфера = 9.8м. А вот при каком отборе возникнет динамический горизонт на -9.8м — зависит от диаметра трубы и отбора.
Потому насос ставят внизу, тогда можно на нем сделать больше одной атмосферы.
Я не знаю почему вы упорствуете. Возможно, вы не решали задачи по водным средам и сантехнике.
Также мне совсем непонятно почему у вас блин скважина отличается от точно такой же скважины с дна океана. Формулы не меняются от диаметра обсадной трубы(тут — диаметр со все море). В скважине ТОЖЕ уравновешивается столб, там снаружи трубы насоса обсадная труба и часто уровень в ней практически совпадает с поверхностью(у меня — всего -2м, к примеру, при глубине скважины 30).
В любом случае я больше не буду в этой ветке отвечать, удачи
Граничный случай — труба от берега до берега моря. Что вам помешает с нее через бортик переливать воду? А если она с карандаш, а вы через нее 2 тонны в секунду хотите «вылить»?
А «Сила Сибири» — 1420мм.
Теперь понятно?
И труба вертикально, на 500м.
К тому же вместо одной трубы 2м можно взять 4 трубы по 1м.
Вы, наверное, считали подъем воды в атмосфере, но подъем воды с глубины (в толще воды), это не совсем то же самое. Разница между 500м и 5м будет только в трении.
Ключевой момент - выделение сероводорода из его водного раствора - раскрыт чуть менее, чем никак :-(
Все подобные проекты, которые гораздо старше вот этого, на этом и застопорились. Сероводорода там конечно много, но воды, в которой он растворен, еще больше, и выходить из нее, тем более на глубине, он не очень хочет
Поскольку на глубине ста метров он растворён под давлением соответственно десяти атмосфер могу предположить, что перекачка воды в контейнер с пониженным давлением заставит его из воды выходить.
Это если он насыщен при таком давлении, тогда при падении давления раствор оказывается перенасыщенным, и газовыделение должно быть (если конечно сероводород не входит в состав сульфидов, натрия и калия, к примеру). Но если он ненасыщен, то нет. Справочники говорят, что при атмосферном давлении в воде растворяется до 4 г/л, а в воде Черного моря 0.01 г/л. Кажется, вода не будет перенасыщенной даже на поверхности. Пахнуть безусловно будет, а вот с газовыделением большой вопрос. Газа мало, воды много. Может у меня данные неверные?
Погружаем в воду трубу большого диаметра и длинной 500м. 1м торчит над уровнем моря. Погружаем насос в эту трубу на глубину 1м ниже поверхности воды - и начинаем перекачивать воду по гибкому шлангу подключенному к этому насосу чтобы она переливалась через край трубы и в море. Собственно под действием давления воды в трубу с глубины будет поступать вода обогащенная сероводородом, по мере приближения к поверхности будет выделяться газ - ведь давление падает. Осталось газ собрать и что то с ним делать дальше полезное или не очень. Наши энергозатраты на подъем воды на 1м вверх плюс минус локоть
журнал ТМ за 1989год кажется.
del
Если на глубине нет кислорода, нет света и нет микроорганизмов то там должны идеально сохранится всякие штуки, которые туда каким-то образом попали с поверхности - всякие затонувшие древние корабли и всё такое. Хорошо бы всё это поисследовать сначала, а то после избавления от сероводорода поздно будет.
там должны идеально сохранится всякие штуки
Так и есть, вон в 18 году нашли корабль, которому 2400 лет:
Я конечно не бог весть какой химик
Но разложение сероводорода на серу и водород будет потреблять энергию а не вырабатывать, возможно конечно энергии от сжигания водорода и хватит покрыть недостачу но далеко не факт, с другой стороны сероводород сам по себе прекрасно горит давая на выходе оксиды серы и воду, тоесть серную кислоту, которой вполне может найтись применение в промышленности
Почти так. Только при горениии сероводорода получается SO2, который нужно доокислять до SO3 для получения серной кислоты.
Глянул по справочникам - есть вариант горения до той же серы и воды. В общем, надо считать термодинамику и есть ненулевая вероятность, что сжигание H2S выгоднее сжигания получаемого водорода. Но автор опять же не привел возможные альтернативы и тем более расчеты :-( Порицание ему за это
Какое-то переусложнение проекта. Зачем подводные дроны, если гораздо проще поднимать воду с глубины по трубе?
В общем, можно расходиться: теплота сгорания куба сероводорода в два(!) практически раза выше теплоты сгорания водорода. Нужно только придумать как непрерывно его сжигать 24/7, 11 месяцев в году
Спасибо @demon416nds за наводку!
Наверное имеет смысл такая установка, только вызывают сомнения в правильности расчетов
Смотрим исходные данные:
В час такая установка будет очищать от сероводорода около 68 тысяч кубометров морской воды.
Потребление
Для прокачки такого расхода 68 тыс куб/час, с давлением, хотя бы 5 атмосфер нужен элдвигатель мощностью 13,6 МВт (https://aikonrussia.ru/kalkulyatory/power/)
Не учтены расходы на подачу воздуха(кислорода) на такую глубину и удаление выхлопаГенерация
один куб водорода при сжигании дает 3,5 квтчас энергии, если на дне морском будет термоэлектрический генератор, кпд которого от 5% до 15%, то получаемые 20 кг водорода равны 222 куб метра(Вики:при плотности водорода при атмосферном давлении составляет 0,09 кг/м³.)
Если сжечь 222 куб м водорода, то получим 777 квтчас энергии, преобразуем с кпд 5-15 и будет 38-116 квтчас.
Если установить тепловую машину (газовый генератор, например) с трудом представляю как обслуживать. Но кпд будет выше от 30% до 50%, для такой малой мощности высокое значение кпд недостижимо и затраты возрастут за счет усложнения.
Что-то краем уха слышал, что ещё в советское время делали эксперимент - удавалось запустить самоподдерживающуюся дегазацию и излияние воды, просто воткнув вертикально длинную трубу.
В целом очень поддерживаю это дело. Отчасти потому, что не хотелось бы лимнологической катастрофы паленатного масштаба (а кто знает, так ли уж она невозможна?..). Отчасти потому, что кто ж откажется от дешёвой энергии, и денег от её продажи? Считаю, что это начинание заслуживает серьёзных вложений - финансовых, исследовательских, технологических.
Если просто воткнуть трубу, то внутри и снаружи нее будет одна и та же вода, и ничего не изменится.
Насколько я помню, там сначала помогли качнуть, а потом само пошло. Но на фоне крутых обсуждений выше я не хочу умничать, т.к. не особо шарю в этой гидродинамике.
Нужен начальный толчок. Холодная вода более плотная, по мере продвижения вверх за счет теплообмена через стенку трубы нагревается и расширяется. Вот такой трубчатый монгольфьер. Какой-то журнал типа Техника-молодежи печатал в лохматые годы про вечный фонтанчик из такой трубы.
Нагревается и расширяется. И становится той же плотности, что такая же вода той же температуры снаружи стенки. И никуда не течёт без насоса.
Наверное я не очень понятно сформулировал
XXXIX Турнир имени М. В. Ломоносова 25 сентября 2016 года Конкурс по физике
5. (8–10) Возьмем очень длинную металлическую трубку. Опустим ее вертикально в океан (в достаточно глубоком месте) так, чтобы ее конец немного выступал над поверхностью воды. Затем с помощью насоса будем откачивать из нее воду, пока вся трубка не заполнится водой из глубинных слоев. Если после этого отсоединить насос и немного подождать — из трубки сам собой начнет бить фонтан!
Опыт был реально проделан американскими физиками в Атлантическом океане несколько десятилетий назад. Высота фонтана составила 60 см (при длине трубки 1000 м). Почему возникает этот фонтан? Будет ли он работать вечно? До каких пор он будет работать, если изолировать океан от всех внешних воздействий кроме притяжения Земли? (7 баллов)
Из-за разности солёности. Это в "Занимательной физике" в лохматые годы писалось.
Конкурс по физике. Критерии проверки
Задача 5. Как известно, плотность соленой воды больше плотности пресной. Также, плотность холодной воды больше плотности теплой (при температурах выше 4ºС, а температуры ниже на глубине в километр не бывает). После того, как насос заполнит трубу глубинной водой (холодной и малосоленой), температура в ее верхней части начнет увеличиваться — из-за теплообмена с теплой «внешней» водой через стенку трубки. Соленость же «внутренней» воды изменяться не будет — соль стенка не пропускает. В результате через некоторое время трубка окажется заполненной малосоленой и теплой (в верхней части) водой. Средняя плотность такой воды меньше, чем воды «внешней» — снаружи температура такая же, а соленость у поверхности больше. Поэтому вода в трубке создает меньшее давление, чем вода снаружи (при одинаковой высоте столба). Эта разность давлений начинает поднимать воду в трубе — на верхнем конце возникает фонтан. Этот фонтан будет бить непрерывно, если трубка достаточно тонкая и текущая по ней глубинная вода успевает прогреваться.
Вы правы. Но в нашем случае это не особо важно. Главное - есть способ непрерывной подачи воды на халяву.)
уменьшение уровня сероводорода требуется и новому турецкому каналу, т.к.
план Стамбульского канала активизирует повсеместное возникновение вокруг
Мраморного моря и пролива Босфор запаха сероводорода, и не только запаха.
Я предлагаю челночный вариант, челнок с баллонами гружёными кислородом погружается на глубину 500 м там происходит сиыковка, сжжигание и в пустые баллоны того же челнока закачивается водород, далее челнок выпускает подводный воздушный шар наполняет его любым газом. возможно это будет автономный баллон с каким-нибудь CO2, и всплывает почти на поверхности. находясь на глубине нескольких метров пристыковывается к принимающему судно выгружает водород загружается очередной порцией кислорода сдувает свой подводный воздушный шар и снова ныряет под воду. Я не знаю сколько времени прослужит подводный воздушный шар из какого материала он должен быть изготовлен. Как-то так
Где продают серу по 30 долларов за тонну?
Вопрос подъёма "газировки" из глубины, кажется, имеет решение даже без насоса ( см. "озеро Ньос, дегазация"). Конечно, опустить трубу вместо постройки подводного завода- не так технологично, но если уж говорить о реальном проекте - то демонстратор на барже будет на порядки дешевле чем на подводной лодке. Да и выработанную электроэнергию подавать на берег, наверное, удобнее.
Я может чего-то не понял, но ни в статье, ни в комментариях нет ни слова о том куда будет деваться соль (морская вода солёная)?
Это же дегазация, а не выпаривание. Условно банку с лимонадом открыли - углекислота испарилась. Мы её уловили, заморозили и продали как сухой лёд.
Мысль-идея: для начального или аварийного запуска достаточно иметь резервную (буферную) ёмкость (аккумулятор) с водородом для запуска комплекса. Соответствующая заправка выполняется от подобной же установки. Нет необходимости в дополнительном оборудовании и пр.
Проект очень любопытный, с удовольствием послежу за его ходом. Надеюсь, дело дойдет хотя бы до полноценного экспериментального образца.
Как выглядит проект очистки Черного моря от сероводорода с получением электричества и H2