Энергия спирального вихря. Статья №54. 29.08.17


В статье “Чудесный рычаг” на примере пращи мы познакомились с необычным способом увеличения скорости вращающегося тела. Принудительное втягивание груза в центр его вращения обеспечивает разгон груза прямо пропорционально сокращению расстояния до центра вращения. Так при уменьшении радиуса вдвое, имеем двухкратное приращение скорости. Соответственно, при пятикратном сокращении радиуса, можно увеличить скорость груза в пять раз. При этом его кинетическая энергия возрастёт в двадцать пять раз !

Удивительно здесь то, что сравнительно медленным движением кисти руки мы придаём грузу очень высокую скорость, в десятки раз большую, чем скорость руки.

И, всё же, настоящего чуда здесь нет, поскольку весь прирост кинетической энергии груза происходит за счёт работы, совершаемой рукой.

Вот, если бы, втягивание груза в центр вращения осуществляла какая-то природная сила, не требующая затрат на её поддержание, то тогда это было бы настоящее чудо.

Но где же найти такую “бесплатную” центростремительную силу ?


Для начала уточним, что разгоняемое тело не обязательно должно быть твёрдым. Разгонять можно жидкость и даже газ.

Далее, представим себе цилиндр, в котором вращается вода. Центробежное ускорение оттесняет воду к стенкам цилиндрического сосуда, и поверхность воды принимает форму, изображённую на рис.1.

Вблизи стенок сосуда давление жидкости повышается, а в центре сосуда давление понижается. Возникший перепад давления становится источником центростремительной силы, уравновешивающей центробежное ускорение.

Вихревое движение воды породило центростремительную силу. Но эта сила в нашем случае не совершает никакой полезной работы, поскольку распределение воды в сосуде статично, то есть каждая порция воды имеет неизменный потенциал давления и скорости.


Для того чтобы сила могла совершать работу, необходимо организовать перетекание воды из зоны с высоким давлением в зону с пониженным давлением. Именно так организовано движение жидкости в промышленных циклонах, предназначенных для очистки водяной смеси или запылённого воздуха, или какой-то другой жидкости.

Основная часть корпуса циклона – это длинный конус. В верхней части конус переходит в цилиндрический приёмник, в который подаётся поток жидкости (по касательной к стенке приёмника). Благодаря тангенциаль­ному вводу, жидкость в приёмнике закручивается, а дальше начинается самое интересное.

В центре вращающейся массы жидкости формируется зона низкого давления, которое в некоторых моделях циклонов может быть ниже давления атмосферы. Возникающее разрежение стремится переместить порции жидкости ближе к центру вращения, пересиливая центробежное ускорение. В результате этого, вращающаяся жидкость переходит на меньший радиус вращения и поступает в коническую часть циклона.

При уменьшении радиуса вращения происходит увеличение скорости (точно также, как в праще), что способствует ещё большему падению давления в центре вихря. Под действием нарастающего вихревого перепада давления между центром и периферией, жидкость продолжает опускаться вниз по конусу, всё более сокращая радиус вращения.

Дойдя до самой узкой части конуса, сильно закрученный поток ударяется в нижнюю заглушку и устремляется вверх в виде узкого вихревого шнура. Для отвода этого узкого центрального вихря используется отводная труба, по которой спиральная струя покидает циклон.

Также, как и в праще, в циклоне происходит принудительное перемещение вращающейся массы ближе к центру вращения. Скорость вращающейся массы при этом неизбежно нарастает пропорционально уменьшению радиуса вращения (закон сохранения момента импульса).

Однако, в отличие от пращи, в циклоне центростремительная сила формируется не за счёт приложенной механической силы, а благодаря возникающему в вихре разрежению.

В лучших моделях промышленных циклонов скорость струи жидкости в выходном вихревом шнуре может в пять и более раз превышать скорость струи на входе в циклон. И это при том, что в циклоне нет ни одной движущейся детали, разгоняющей жидкость.

Разумеется, напор, под действием которого жидкость подается в цилиндрическую часть циклона, является первопричиной начального разгона струи в цилиндрической части циклона. Но, в дополнение к этой внешней силе, в спирально закрученной струе, чудесным образом, формируется внутренняя сила, направленная в центр вихря.

Само по себе разрежение, конечно же, не является источником силы. Сила образуется благодаря наличию статического давления жидкости в циклоне и наличию разрежения. В паре эти два условия и порождают центростремительную силу, ускоряющую спирально сходящуюся струю в циклоне.

Как правило, статическое давление в циклоне незначительно превышает давление атмосферы. А вот давление в центре вихря, в самой узкой части конуса, может снижаться почти до нуля.

Таким образом, основной вклад в создание перепада давления вносит атмосфера, которая своим давлением, как бы заталкивает жидкость в зону разрежения.

Фактически, в промышленных очистных циклонах атмосфера абсолютно безвозмездно выполняет работу по ускорению вихревой струи в конической части циклона.

К сожалению, конструкторы циклонов не придают значения эффекту атмосферного разгона жидкости, поскольку их главная задача – повышение степени очистки жидкости, подаваемой в циклон.

В статье, рассказывающей про ускорение струи в горле сопла Вентури, уже отмечалось, что разрежение в горле сопла может в 5–6 раз превосходить располагаемый напор жидкости.

Циклон – это тоже своего рода эжектор, но ещё более эффективный в отношении степени разрежения. В оптимально сконструированном циклоне-эжекторе величина разрежения может превышать входной напор более, чем в десять раз.

Другими словами, достаточно глубокая степень разрежения может быть достигнута (в циклоне) при сравнительно малом напоре входного потока. При этом, работа по ускорению вихря пропорциональна суммарному перепаду давления (входной напор плюс разрежение). Стало быть, основная часть полезной работы совершается силами, порождёнными самим вихрем. Основным поставщиком энергии, конечно же, является атмосфера, сжатая силами земного тяготения.

Создавая небольшой первоначальный напор на входе в циклон, мы лишь инициируем процесс формирования спирального вихря, благодаря которому пассивное атмосферное давление превращается в источник активной движущей силы.

Существенное отличие циклона от классического эжектора на основе сопла Вентури состоит ещё и в том, что выходная скорость струи в циклоне не гасится диффузором, благодаря чему скоростной напор выходной струи может быть полезно использован.

Например, вода, поступающая в циклон при напоре, в два метра водяного столба, может быть поднята на высоту пять метров над уровнем входного патрубка циклона, исключительно благодаря энергии атмосферы.

Чудесные гидравлические эффекты, возникающие в коническом циклоне, дают нам шанс подключится к неиссякаемому хранилищу энергии под названием “ земная атмосфера”.

Временное заимствование порции энергии из атмосферного океана всегда завершается возвратом этой порции обратно в атмосферу, в силу неизбежного рассеивания полезно использованной энергии в низкопотенциальное тепло земной атмосферы.

Именно поэтому, атмосфера неиссякаема, как источник энергии.


Как ни крути, изобретение надо патентовать.

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 4020
Надежда Станиславовна Ковальчук.



Автор:  Игорь Юрьевич Куликов. Видео - Николай Геннадьевич Соков. Музыка - Композиция "Hills Behind" (Silent Partner)."

Возврат к списку