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.)

Рассмотрение вопроса скорости истечения воздуха под высоким давлением из малого отверстия в вакуум по материалам учебников для ВУЗовской специальности «Криогенная техника».

В комментариях к  одной моей предыдущей  статье «Дросселирование воздуха. Истечение воздушной струи из ресивера в атмосферу со сверхзвуковой скоростью» разгорелась бурная дискуссия с читателем @IGOR_KULIKOV.

Прочитать её можно по ссылке:

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

Спасибо, Игорь, за ценные замечания!

В результате по рекомендации Игоря Куликова я нашёл учебник :

В.И. Иванов «ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА» 2016г, ГУ ИТМО

Привожу скрины страниц из этого  учебника (см.рис.1-4)

Как поддерживается  постоянство  температуры в помещении при радиаторном отоплении?

Для поддержания постоянной температуры в наших домах зимой требуется регулировать  мощность отопления в домах и квартирах при изменении температуры на улице.

Достигается это применением так называемого «погодозависимого графика теплоснабжения».

Так известно, что потери тепла через наружные стены и окна линейно зависят от перепада температуры между улицей и помещением.

То есть чем больше перепад температуры с улицей, тем больше тепла нужно подавать в помещение для компенсации этих теплопотерь.

Для водяных радиаторных систем отопления этот «погодозависимый график теплоснабжения» выражается в линейном графике температуры подаваемой в радиаторы воды от температуры на улице (см.рис.1.)

Такой график поддерживается в системе водяного отопления с помощью специальных систем автоматического регулирования, которые располагаются в котельной частного дома в ИЖС,  в ИТП отдельного многоквартирного дома или в ЦТП городского микрорайона.

Отопление мегаполиса Москва от ТЭЦ. Массовая застройка «спальных районов» - как успешная реализация коммунистической утопии «общества всеобщего равенства».

В предыдущей статье были рассмотрены вопросы  генерации и распределения электричества в большой стране.

https://habr.com/ru/articles/800317/

Теперь же рассмотрим вопрос теплоснабжения мегаполиса Москва в увязке с электрогенерацией на ТЭЦ.

Россия – это единственная страна в мире, где присутствует стабильное отопление в жилье, причём централизованное на весь город.

Центральное отопление в мегаполисе- это весьма яркое и важное достижение социализма в СССР, обеспечившее высокий стандарт качества  жизни широким слоям населения.

В тоже время  в капиталистических страна тепло в домах зимой  является предметом неслыханной роскоши. Так в Великобритании центрального  отопления в домах вообще практически нет.

Как устроена городская система теплоснабжения в мегаполисе Москва.

В качестве основного источника тепла на отопление и нагрев ГВС в Москве используются городские ТЭЦ и в дополнение к ним отдельные районные или индивидуальные котельные.(см.рис.1)

Кто и как нам обеспечивает постоянное наличие 220 вольт в розетке и тепло в батареях зимой?

В википедии по запросу  «Энергетика Москвы» можно узнать следующую информацию:

«По состоянию на начало 2021 года, на территории Москвы эксплуатировалась 41 электростанция общей мощностью 10 865 МВт, в том числе три гидроэлектростанции, 32 тепловые электростанции (в том числе 16 энергоцентров, обеспечивающих энергоснабжение отдельных предприятий), три мусоросжигательных завода с попутной выработкой электроэнергии, две электростанции на биогазе и один пневмоэлектрогенераторный энергоблок. В 2019 году они произвели 52 559 млн кВт·ч электроэнергии[1][2][3]. Основное топливо: природный газ.

Общая тепловая мощность источников теплоснабжения, расположенных на территории Москвы, составляет 54 86 1 Гкал/ч.»

По информации из этой обзорной статьи мы имеем две цифры мощности: 10 865 МВт  электрической  и 54 86 1 Гкал/ч тепловой генерации , которые надо сравнить.

Нужно ещё сделать  пересчёт для разных единиц мощности МВт и 1 Гкал/ч, чтобы сравнивать в единой размерности.

 1 Гкал/ч - это мощность, равная  энергия для нагрева 1 миллиарда грамм воды на 1 градус за один час, что эквивалентно  мощности электрической энергии:

  Nэл  =1*4,19*10^9/3600 =1,164 МВт /( Гкал/ч)

Тогда тепловая мощность  при переводе на МВт будет равна:

54 861 Гкал/ч = 54 861*1,164=63 858МВт

То есть в г Москве мощности на отопление и  электроэнергию относятся как:

=63 858/10 865= 5,88

Получается почти 6-ти кратное отношение  максимальных мощностей  потребляемой в Москве электрической и тепловой энергии, причём с перевесом почти в 6 раз в пользу тепловой энергии.

Островерхая скатная и плоская крыша дома в ИЖС: Битва архаично-романтичного  «дизайна» с инженерной рациональностью.

Крыша дома в частном секторе- это не только инженерное сооружение, но и главный элемент внешнего вида здания в целом.

Если учесть, что частный дом в значительной степени строят ради «показать себя», то его крыша становится скорее ярмаркой тщеславия, чем ответственной инженерной конструкцией. (см.рис.1.)