Попытка экспериментальной проверки теоретических предположений о физической сущности появления холода в вихревых трубках.

Ранее я выдвигал версию механизма работы охлаждающей трубки на эффекте  Ранка-Хилша, где в качестве основы было взято охлаждение струи воздуха за счёт трансформации  внутренней энергии самого газа в кинетическую энергию струи (выше скорости звука). При  этом внутри вихревой трубки происходит  передача тепла между  тёплыми стенками устройства к остывшей сверхзвуковой струе газа, а затем обратно от холодных стенок к нагретому при торможении газу.

Чтобы как-то подтвердить эту версию я купил в интернете китайскую вихревую трубку на эффекте Ранка-Хилша (далее ВТР) за приемлемые для меня 4тыс. рубле. (см.рис.1-2.) Покупать «настоящую»  из США или Канады за 50тыс. рублей я не стал.

Воздушная  завеса без нагрева для открытых ворот цеха - кто их там устанавливает.

Проектированием систем вентиляции и отопления я занимаюсь уже более 20 лет.

Это работа не очень сложная, так как достаточно детально расписана  ещё в учебниках для профильного ВУЗа по специальности ТГВ.

Вот только особенность таких отраслевых технических учебников в том, что там дают только конечные прикладные решения (вполне работоспособные), но без их теоретического обоснования.

В итоге «инженер» после получения диплома в таком ВУЗе вполне может выполнить проект вполне работоспособной системы отопления и вентиляции, но при этом совершенно не будет понимать как и почему всё это работает по своей физике.

Такая история произошла и со мной, в частности в приложении к «воздушно-тепловым завесам» (ВТЗ), которые я вполне правильно, но почти бездумно ставил в свои проекты  последние два десятилетия.

Но настал момент, когда пришлось разобраться с физикой и этого вопроса.

В итоге не обошлось без маленьких открытий  для себя, и попутно получилось вполне реальное изобретение, но уже для всего человечества.

Именно этим маленьким открытиям и  изобретениям посвящена данная статья.

Как воздушная завеса влияет на микроклимат в цехе.

Открытые ворота большого размера в зимнее время приводят к интенсивному затеканию холодного воздуха с улицы в проём ворот (см.рис.1)

Езда на велосипеде  и мотоцикле- в чём отличия?

Самые обыденные действия, которые мы  учимся делать в самом детстве,  на поверку оказываются не такими уж и очевидными.

К таким удивительным открытиям я пришёл в возрасте сильно за 40 лет, когда пошёл на курсы вождения  мотоцикла.

До этого я 20 лет подряд вполне себе интенсивно катался на велосипеде, наезжая по 1500км в год.

То есть на момент прихода в мотошколу я отъездил на велосипеде около 28 тыс. км (по велоспидометру), что позволяло мне считать себя «опытным велосипедистом».

Но тут меня ждало жестокое разочарование!

Так оказалось, что для вождения мотоцикла обычный опыт велосипеда ничуть не помогает, а скорее мешает.

Выяснилось, что для поворота на мотоцикле нужна специальная техника «контр-руления», а обычные  велосипедные приёмы типа «притормозить и повернуть» не помогают совсем.

«Контрруление»- это техника принудительной постановки мотоцикла (велосипеда) в наклонное положение ПЕРЕД началом самого поворота! (см.рис.1.)

Эффект Джоуля-Томпсона в криогенной технике: Так на сколько градусов и как  охлаждается струя воздуха при дросселировании?

В нескольких предыдущих статьях я рассказывал о занятном газодинамическом эффекте, который мне удалось обнаружить чисто аналитически в теории ЖРД, а потом проверить на практике в экспериментах со сжатым воздухом при комнатных температурах.

Эффект в том, что если дросселировать воздух из малого отверстия в атмосферу с перепадом давления больше 1атм, то скорость струи газа превышает скорость звука при данной температуре.

В этом случае по закону сохранения энергии сверхзвуковая струя должна сильно остывать за счёт перевода внутренней энергии (тепловой) в кинетическую  энергию.

Расчёт показал, что даже при  комнатной температуре при дросселировании воздуха из малого отверстия в ресивере (прокол в шине автомобиля) температура струи должна быть уже глубоко отрицательной, если не сказать криогенной. (см.ссылку)

Похожий эффект со сверзвуковым разгоном струи из критического сечения камеры сгорания ЖРД и резким падением температуры прослеживается в больших ЖРД, что подтверждено расчётом по ТТХ РД-170. (см.ссылку)

Правда, на все мои аргументы и расчёты  некоторые критически настроенные читатели мне писали, что никакого понижения температуры при дросселировании не бывает. А если и бывает, то очень маленькое понижение  на дТ= 0,25С при перепаде на 1 атм, что определяется «эффектом Джоуля-Томпсона».

В предыдущих статьях я уже обсуждал  вопрос про скорость вылета струи газа из малых отверстий на больших перепадах давления  (дросселированние).

Тогда я поставил эксперимент со взвешиванием импульса струи воздуха на обычных кухонных электронных весах. Истечение этой струи происходило из малого отверстия в ресивере под избыточным давлением 2-7амосфер

Давление в ресивере создаётся предварительным накачиванием воздуха с помощью компрессора до максимального давления 7 атм (больше не выдавал компрессор).

Данная установка представляет из себя «пневматически реактивный двигатель» (ПРД).

Расчёт скоростей истечения газов из ЖРД по паспортным ТТХ и геометрическим данным РД-170

Ранее я писал статьи о том, что в теоретических формулах газовой динамики  для  ЖРД не сходятся концы с концами в энергобалансе по топливу где-то в 3-4 раза.

Для подтверждения теоретических находок я поставил  натурный эксперимент, где скорость струи определялась по замеру тяги реактивной струи из малого отверстия в баллоне под высоким давлением при комнатной температуре.

В результате экспериментального замера тяги такого «пневматического реактивного двигателя» (ПРД) в струе воздуха получилось превышение  скорости звука в 1,4 раза, то есть 470м/с вместо 330м/с.

Все данные по расчётам и экспериментальным подтверждениям я публиковал по мере их проведения.

Ссылки  на статьи привожу ниже:

https://habr.com/ru/articles/699564/

https://habr.com/ru/articles/768916/

https://habr.com/ru/articles/809843/

После этих  статей осталось несколько  «вопросов без ответов», для которых в этой статье я ответы попытаюсь найти.

Одним из таких «безответных» вопросов  был следующий:

Сколько энергии содержится  в единице объёма газа?

Для ответа на это вопрос можно поставить простой мысленный эксперимент в виде школьной задачки.

Условие задачи:

Берём поршень  площадью Sп= 1м2 и вставляем его в  вертикальный цилиндр, по которому поршень может скользить  без трения и без утечек воздуха по щелям.

На поршень грузим массу 10тонн (включая массу самого поршня).

Таким образом под поршнем создаётся давление 1кг/м2 или 100кПа.

Плотность воздуха при давление 100кПа  составляет Qатм=1,2кг/м3

У меня зазвонил телефон…

С этой классической фразы из стихотворения Чуковского можно начинать практически любую историю из жизни современного человека.

Так случилось и у меня в один из недавних вечеров.

На это раз меня  хотели пригласить в качестве консультанта по вопросу «проектирование систем отопления и вентиляции в крытых плавательных бассейнах и аквапарках».

Договориться  о сотрудничестве не удалось, но зато я нашёл тему для очередной статьи.

Проблемы вентиляции  крытых бассейнов

Вентиляция  крытых бассейнов- это острая тема в проектирование, так как никаких особых нормативов  и методик не существует, а проблем при эксплуатации объектов прорва.

Основной проблемой является конденсат, возникающий на стенах и окнах в зимнее время.

То есть проблема связана  не только с вентиляцией, но и с  системой отопления помещения.

Когда возникает конденсат?

Конденсат на стёклах возникает тогда, когда температура поверхности оказывается ниже так называемой «точки росы» для данного помещения.

«Точка росы»- эта температура, при которой возникает 100% относительная влажность воздуха при существующем количестве влаги в воздухе данного помещения.

Определяется  «точка росы» при заданном влагосодержании и температуре воздуха по I-d-диаграмме влажного воздуха (см.рис.1.)

Климатические аномалии в средней полосе России

В последние годы в средней полосе России участились случаи возникновения сильных торнадо, создающих  весьма  сильные разрушения на своём пути. Например,  резкие шквалы ветра срывают  скатные крыши с домов.

Во всяком случае, такие репортажи стали достаточно часто появляется в новостях и по ТВ, чтобы обратить на них особое внимание.

Вообще торнадо  не  очень характерны для нашей страны,   мы  скорее привыкли ассоциировать их с новостями из США.

Тем не менее снос крыш с домов ветром при прохождении торнадо стали частью и нашей жизни.

Имеет смысл разобраться в самом механизме разрушения домов от силы ветра.

Как  ветер срывает крышу.

Для  понимания механизма срыва крыши со здания для начала нужно определится с самой силой ветра.

Сила ветра определяется через его скорость (м/с), а  расчётная нагрузка от ветра определяется в виде давления  (Па) от скоростного напора воздуха или же в переведённой  для бытового понимания нагрузке (кг/м2).

Связь динамического напора со скоростью ветра рассчитывается по простой формуле:

Р=0,5*q*V^2

 Где  Р- давление (Па =Н/м2), q- плотность воздуха  около 1,2кг/м2 на уровне моря при +20С, V-скорость ветра.

Расчёт скоростного напора по силе ветра в возможном диапазоне ветров смотри в таблице ниже (см.рис.1.)

Курортная жизнь под кондиционером.

Я езжу на пляжно-морской отдых в осенний бархатный сезон: в первой половине сентября в Турцию или в первой половине октября в Египет.

Такой выбор времени связан с двумя факторами:

1. Меньше людей, так как кончились летние каникулы  у детей и прошёл  сезон августовских отпусков в Европе у взрослых.

2. Жара сильно уменьшилась, так что жить в номере можно даже и без кондиционера.

Предыдущие 5-6 поездок я действительно в эти периоды практически не включал кондиционер, особенно ночью. Шум от сильно изношенного кондиционера в ночной тишине вообще как-то не очень приятен.

Но в последний раз кондиционер работал достаточно прилично, а на улице ночью было достаточно душно, так что по итогу кондиционер отработал непрерывно всю неделю.

Так как моя текущая работа- это проектирование систем ОВиК (отопления, вентиляция и кондиционирование), то наблюдение за  климатом в помещении  в зависимости от работы  кондиционера при разных внешних условиях стало для меня неким интеллектуальным развлечением на всю неделю отдыха.

В предыдущей статье про «флаттер крыла»  я описывал  механизм возникновения сильных изгибно- крутильных колебаний крыла при внезапном срыве потока на одной из плоскостей крыла на  скорости полёта выше расчётно-крейсерской.

Теперь настала возможность обсудить геометрию  профиля крыла, необходимую для  повышения скорости полёта  самолёта без флаттера.

Также нужно рассмотреть аэродинамику крыла при преодолении  развитого  флаттера при разгоне самолёта к сверхзвуку.

Профиль  крыла для недопущения флаттера

Ранее мы уже выяснили, что уже с конца 1930-х годов  стараниям профессора Келдыша было сформулировано  общее правило для конструирования неподверженных флаттеру самолётов, а именно:

Крыло должно быть настолько тонким, чтобы не возникало срыва потока по верхней плоскости крыла.

Из этого  правила следует следящие неприятные конструктивные следствия:

Для  очень высоких скоростей полёта без возникновения флаттера    крыло  становится настолько тонким, что  перестаёт выдерживать нагрузки от веса самолёта и динамических перегрузок при полёте в турбулентной атмосфере.

Так если в начале 1930-х у самолётов толщина профиля составляла 15-20% от ширины крыла по хорде, то к 1940-м толщины крыльев истребителей и бомбардировщиков  упали до 8-15%, при этом   максимальные толщины профиля сместились ближе к середине хорды крыла. (см.рис.1-4.)

Флаттер‑ это загадочное явление в аэродинамике, которое есть, но объяснения которого до сих пор нет.

Про «флаттер» я уже писал отдельную «главу № 4» в первой своей большой статье про «Подъёмную силу крыла без „закона Бернулли“.

Недавно попытался перечитать снова эту главу, и оказалось, что её надо дописывать и публиковать отдельной статьёй, так как в ней всё не очень наглядно и совершенно непонятно написано.

В рамках большой статьи та куцая глава про «флаттер» была вполне уместна. Но вот оказалось, что само явление «флаттера» также плохо определено, как не определено в общепринятой «Аэродинамике» базовое понятие «подъёмная сила крыла».

Эксперимент по натурному моделированию вихревых структур «циклонов» и «смерчей» на лабораторной установке комнатной размерности.

Ранее я написал несколько статей про предполагаемые механизмы работы циклонов и смерчей в атмосфере планеты Земля.

Какими силами закручиваются в вихри разрушительные смерчи и тропические ураганы? / Хабр 

Зачем нужен «глаз» тропическому циклону и как дуют ветры под облачным покровом циклона? Часть-2 

Механизмы образования антициклонов над континентами. А причём тут роса на траве по утрам?

После написания этих статей у меня возник вопрос :

А можно ли  построить мелкомасштабную действующую модель циклона и смерча, чтобы на практике проверить теоретические предположения?

Порывшись в интернете на тему натурных экспериментов со смерчами я выяснил, что во всех действующих «макетах» смерчей основное внимание уделяется закручиванию шнура смерча.

В моей модели «смерча» роль вращения «шнура смерча» имеет второстепенное значение, а основное значение  имеет обжатие осевого шнура встречными потоками  воздуха, направленными к оси.

Именно такой макет встречных потоков воздуха к общему центру на плоскости  я и решил построить.

Для этого нужен высоконапорный вентилятор  и само плоское кольцевое распределительное устройство для воздуха.

Всё это  я собрал в единую установку из подручных материалов и доступных по цене бытовых устройств (см.рис.1.)

В каких случаях мы видим росу на траве по утрам?

Каждый с детства из классической литературы знает про «туман над речкой после заката» и про «росу на траве по утру».

Для примера приведу фотографии реальных пейзажей к этим пасторальным литературным штампам (см.рис.1-3)

Легализация и налогооблажение майнинга крипты в РФ

Недавно по Новостям на ТВ прошёл сюжет, что готовится закон о регулировании майнинга криптовлюты в РФ.

Суть  его сводится к двум основным аргументам (п.1-2) и одному выводу (п.3):

1.       Электроэнергию на майнинг нужно продавать по коммерческим ценам как для промышленности, а не  по субсидированным ценам как для населения.

2.       С добычи криптовалюты нужно брать легальные  налоги как с деятельности самих коммерческих предприятий (налоги на ФОТ  и т.д.), так и налог с в форме процентов от сгенерированной криптовалюты.

3.       Размещать майнинг-фермы нужно там, где это выгодно энергосистеме страны, а не личной выгоде  самого майнера.

Стоимость энергии и цена на криптовалюту.

Проще всего узнать цену биткоина (см.рис.1.)

ужен «глаз» тропическому циклону и  что там происходит? Циклон. Часть-2.

Какое направление ветра в самом циклоне?

В предыдущей статье был разобран вопрос о тех природных  силах, которые  порождают в атмосфере  мощные и разрушительные  тропические циклоны (ураганы) и  чуть более мелки смерчи и торнадо.

https://habr.com/ru/articles/832582/

Так оказалось, что основной  силой является тепловое конвективное движение воздуха от тёплой  поверхности воды вверх.

 При возникновении восходящих  конвективных потоков на больших площадях в тонких слоях атмосферы возникают отдельные тороидальные замкнутые потоки циркуляции воздуха - «ячейки Бенара». (см.рис.1.)

Сколько весят дождевые облака?

На этот странный вопрос с непонятными исходными условиями есть  большое количество ответов в интернете с пугающими  цифрами в сотни  и тысячи тонн воды.

Самое занятное, что это является правдой!

Вот  только смысла в этих больших  цифрах крайне мало, так как их просто не с чем сравнить. Ведь облаков великое многообразие,  и все они различаются, как размерами, так  и структурой. (см.рис.1)

Гидродинамическая модель столкновения астероидов

Часто в фильмах про «конец света» показывают  падение гигантского астероида на Землю.

Такое  происшествие действительно может прекратить существование нынешнего человечества, отбросив его в каменный век, или даже полностью уничтожив всё живое на поверхности планеты.

Но при этом хотелось бы разобраться с тем, как именно будет происходить такое столкновение?

Ведь сцены ударов каменных глыб в планету мы часто видим со стороны космоса в фантастических фильмах, то есть как сторонние наблюдатели.

Наблюдателям при этом ничего не угрожает, что позволяет им спокойно наблюдать процесс и последствия такой планетарной катастрофы.(см.рис.1.)

Элеватор в системе отопления дома.

 В данной статье рассматривается проблема в проектировании «Элеваторных узлов систем отопления» с присоединением к наружных тепловых сетей.

Сам «элеватор»- это уже уходящая натура, доставшаяся нам в качестве наследия ещё из СССР.

За более чем 20 лет проектирования систем отопления мне ни разу не пришлось проектировать системы отопления с элеваторным узлом.

Сейчас в ИТП просто ставят циркуляционный насос  и регулятор расхода теплоносителя с сервоприводом от погодозависимой автоматики, и уже никто не мучается с подбором элеватора.

Но именно отсутствие реального использования в современных проектах этого  морально устаревшего узла и позволяет  разобрать на его примере серьёзную проблему в теоретической гидравлике.

Элеватор в  ИТП дома- это тот же самый водоструйный насос, но с большим коэффициентом подмеса  и малой скоростью потока в отводящей трубе.

После публикации двух предыдущих статей про «вакуумный струйный насос»  (https://habr.com/ru/articles/811593/ )

и про «водяной водоструйный насос»  (https://habr.com/ru/articles/815985/ ) оказалось, что осталась нерассмотренной роль  конического раструба- диффузора в работе водоструйных насосов.

Физические принципы работы конического диффузора

Диффузор в водоструйных элеваторах оказался весьма загадочной штукой, принцип  работы которой не очень понятен в рамках «общепринятой теории».

В прикладных расчётах  элеваторов отопления или в толстых монографиях по широкой группе «струйных насосов» про «теорию работы диффузоров»  вообще не говорят, а стараются ограничиваться эмпирическими формулами, которые как-то попадают в фактические характеристики работы струйных насосов.

 Характеристики  водо-водяных струйных насосов и   гидроэлеваторов. Принцип  работы гидроэлеватора с функцией вакуумного насоса.

После публикации статьи про лабораторный «водоструйный вакуумный насос» возникла  теоретическая основа для рассмотрения  принципа работы и более широкой группы водо-водяных «струйных эжектирующих насосов».

Про вакуумные гидроструйные насосы (см. ссылку).

К этой группе водо-водяных струйных насосов относятся также и «элеваторы» для систем отопления.

При всей простоте конструкции водоструйных насосов есть некоторые  отличия от вакуумных водоструйных насосов, затрудняющие  анализ их работы.

Начнём с простейших водоструйных насосов.

Струйными насосами могут быть как водо-водяные, так и водо-газовые или газо-газовые насосы (см.рис.1.)

Струйные насосы-эжекторы

В статье про тепловые узлы домов уже рассматривался элеваторный узел как вариант использования водоструйного насоса с приводом от напора тепловых сетей.

Элеватор вовсе не уникальное устройство, а лишь одна из версий применения широко известного  семейства «струйных насосов».

Такими струйными насосами могут быть как водо-водяные, так и водо-газовые, газо-водяные или газо-газовые насосы. (см.рис.1.)