Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Диаграмма из учебника “Гидравлика” Р.Р. Чугаева (стр. 278)
Таким образом, можно сделать вывод, что описанное выше устройство извлекает из потока всю дополнительную энергию доводя выходной поток до критического состояния, то есть до граничного состояния, соответствующего переходу потока из спокойного в бурный. Согласно [6] “Гидравлика”. Р.Р. Чугаева (стр. 280) удельный скоростной напор потока, находящегося в критическом состоянии равен половине его глубины и удельная энергия потока эквивалентна полному напору потока - сумме потенциального и скоростного напоров. (V k)2 /2g = Hk/2 или Hk = (V k)2 /g (23) Ek’ = (V k)2 /2g + Hk = 3/2 * Hk (24) где Ek’ удельная энергия потока при критической глубине и скорости. Полная же энергия живого сечения потока равна удельной энергии потока умноженной на массу воды проходящей через живое сечение в единицу времени или на удельный расход, то есть V1*H1. Учитывая (22) и (24), формулу (14) можно переписать следующим образом. E’ = E1’ – Ek’ = H1 + V12/2g – 3/2 * H2 = H1 + V12/2g – 3/2 * (H12 V12/ g) 1/3 И полная энергия живого сечения в единицу времени E = V1*H1*g *(H1 + V12/2g – 3/2 * (H12 V12/ g) 1/3) (25) И, окончательно E = V1*H1*(H1*g + V12/2 – 3/2 * (H1*V1* g) 2/3) или E = V1*H12*g + H1*V13/2 – 3/2 * (H1*V1) 5/3* g 2/3 (26) Теперь, зная, что глубина выходящего потока равна критической глубине, можно построить зависимость выходной мощности турбины в зависимости от глубины и скорости входящего потока.
Рис. 5 Энергетическая диаграмма спокойного и бурного состояний потоков относительно критического
Критический поток на этой диаграмме определен соотношением скорости и глубины графиком (параболой) по формуле (23) лежащей в “ложбине” 3-D диаграммы. Удельная энергия критического потока на этом графике принята за ноль. Суммарная энергия бурного и спокойного потоков вычисляются относительно нее. Совокупность спокойных потоков на этой диаграмме находится слева, бурных - справа. На этом графике и согласно формуле (26) видно, что зависимость выходной мощности от входной глубины потока достаточно сложная. По первому члену многочлена формулы она увеличивается квадратично, по второму - линейно, по третьему - уменьшается в степени 5/3. Теперь попытаемся рассчитать длину возникающего гидравлического прыжка. На настоящий момент нет точной формулы для ее определения. Все имеющиеся формулы эмпирические и очень часто результаты, полученные с их помощью, значительно отличаются друг от друга. Мы воспользуемся для расчета балансом энергии, в зоне прыжка. Рассмотрим рисунок 6.
Рис.6 Гидравлический прыжок на выходе аппарата.
Пояснения к рис 6: H1, H2 - глубина (потенциальный напор) входного и выходного потоков соответственно; V 12 /2g, V22 /2g - скоростной напор входного и выходного потоков соответственно; ∆E’ - разница удельной энергии входного и выходного потоков; Lj - длина гидравлического прыжка; Из рис. 6 видно, что в зоне гидравлического прыжка имеется недостаток удельной энергии потока по отношению к начальному и установившемуся (за прыжком) режиму потока. Получается, что подобная машина как бы “выкусывает” из потока “кусок энергии” эквивалентный площади прямоугольника ограниченного длиной прыжка Lj и разницей удельных энергий в зоне прыжка и до него. Полная же энергия, отнятая таким образом у потока согласно формуле (25) равна разнице удельной энергии умноженной на удельный расход и умноженной на ускорение свободного падения E = ∆E’ * V1 * H1 * g. Таким образом, видно, что длина гидравлического прыжка возникающего за устройством в метрах будет численно равна удельному расходу потока, умноженному на ускорение свободного падения Подведя итог всему вышесказанному можно сделать вывод, что вероятно, описанный выше эффект и является причиной той дополнительной энергии, которую подобная турбина извлекает из безнапорного, равномерного потока воды. И, кроме того, анализируя диаграммы на рис. 3, 4 и 5 можно сделать несколько важных выводов. Во-первых. По этим диаграммам видно, что этот эффект существует и он очень “капризен” - должен быть очень жестко выполнен ряд условий истечения потока, а именно соотношение входящей скорости потока и его глубины. Только при определенном сочетании этих параметров мы можем попасть в пик диаграммы и извлечь из потока максимальную мощность. При незначительном отклонении этих параметров от оптимальных эффект либо сильно “смазывается”, либо пропадает вовсе и его уже очень трудно обнаружить и очень легко спутать с погрешностями измерений.
Во-вторых. Интересен факт, что при увеличении кинетической энергии потока (увеличении его скорости), то есть при приближении его к критическому или бурному состоянию эффект исчезает. Наиболее оптимальной скоростью, судя по диаграммам, является скорость порядка 1 – 1.5 м/с. Но, поскольку поток воды с такой скоростью считается низкопотенциальным и редко используется для получения энергии свободно-поточными турбинами, то и экспериментов в таких режимах проводилось не слишком много и вследствие этого подобный эффект и не удавалось обнаружить. В-третьих. Очень критична к проявлению этого эффекта входная эффективная глубина потока. Видно (левая диаграмма на рис. 4), что при глубине не более одного метра (а большинство свободно-поточных турбин обычно имеют габариты не превышающие этих значений) этот эффект малозаметен, соизмерим с погрешностями при измерениях и “расплывается” в гидравлическом и механическом КПД турбины. В-четвертых. Для обнаружения подобного эффекта необходимо применение специальных машин с использованием обратной связи между входящим и выходящим потоками. И следует отметить еще один интересный аспект. В отличие от традиционных свободно-поточных турбин машина, работающая на подобном принципе, не замедляет выходящий поток, отнимая у него кинетическую энергию, а ускоряет его, извлекая потенциальную. Как ни парадоксально это выглядит на первый взгляд, но это так… примечание: 1. все вышеприведенные расчеты сделаны для идеальной жидкости. 2. перепечатка данной статьи в коммерческих целях без предварительного согласования с автором запрещена 3. на способ получения энергии и расчета устройств, использующих этот принцип, а также на конструкцию этих устройств, поданы международные патентные заявки. Литература. 1. Бродянский В.М. “Эксергетический анализ. Энергия: проблема качества” “Наука и Жизнь” №3,1982 г. 2. Н.М. Щапов “Турбинное оборудование гидростанций” “Госэнергоиздат” 1961. 3. Гулиа Н.В. “В поисках энергетической капсулы”. Интернет издание. 4. Л.С. Котоусов "Исследование скорости водяных струй" “Журнал Технической Физики”, 2005, том 75, вып. 9 5. Р.Р Чугаев, “Гидравлика” “Энергоиздат” 1982 г. 6. И.И. Агроскин,. Г.Т. Дмитриев, Ф.И.. Пикалов “Гидравлика” Государственное энергетическое издательство 1954 г. 7. Никулин О. А., Новиков Ю.М., Пивник А. В. Свободнопоточная гидроэлектростанция. 8. Доклад на 2 семинаре “Проблемы и перспективы развития нетрадиционной энергетики в Алтайском регионе”, с. Чемал, РА 2001 г Дата публикации: 19 марта 2008
|