Техника - молодёжи 1979-01, страница 40

способные распространяться так называемые квазистоячие волны. Сверху видно, как по поверхности океана все дальше и дальше от оси вихря на одинаковых расстояниях образуются концентричные матовые кольца. Это в результате резких колебаний давления в узловых ^v поверхностях стоячих волн выходит растворенный в воде газ. Так объясняется появление рядов белых вод в океане. В дальнейшем течения размоют и сдвинут ряды относительно друг друга. Но вспенивание дает возможность долго существовать белым водам, и они часто наблюдаются мореплавателями. Тут же вспоминаются сообщения о загадочных рядах бурых саргассов, встречающихся в открытом океане. Плавающая у поверхности растительность медленно тянется к более газифицированным участкам, подобно комнатным цветам, поворачивающимся к свету, и наиболее сильно разрастается в обогащенных газом белых водах.

Однако время не ждет. Облачко над воронкой уже превратилось в грозный и расползающийся во все стороны массив косматых туч, извергаемых вихрем. Опускаем гравитон на поверхность океана в том кольце белых вод, длина которого по окружности приблизительно равна 10 км, — запасы пенящего реактива на борту гравитона рассчитаны на действие именно в этом кольце. Открываем дренажный клапан и направляем жидкость в разыгравшуюся пучину.

Вокруг нас громоздятся параллельные друг другу неподвижные водяные хребты. Каждый пятый вал отличается наибольшими размерами, он достигает 20 м в высоту. Расстояние между малыми хребтами составляет 30—40 м.

Над гребнями неподвижных волн воды в ритме пульсаций воронки происходит периодическая смена направления ветра, то от воронки, то к ней. Это воздушные стоячие волны, развивающиеся при выстрелах фонтана воронки. Для этих волн характерно расположение пучностей давления над хребтами, а узлов давления во впадинах. Давление воздуха во впадинах резко колеблется от 0,5 до 1,5 атм, встречные порывы ветра над хребтами достигают 300 м/с и более.

Наблюдаем за аннигилирующим белым кольцом. Под воздействием нашего реактива в нем все больше и больше образуется пены, кольцо превращается в гигантскую цилиндрическую подушку, амортизирующую пульсации. Неподвижные водяные хребты становятся ниже и ниже, мощность колебаний ослабевает... Кажется, это победа, первая победа Над стихией!

ПОД КОНТРОЛЕМ ЭКСПЕРИМЕНТА

Наша фантастическая гипотеза может быть апробирована современными научными данными. Возможно ли заметное охлаждение воды в осевой части антициклонического вихря, если известно обратное — ядро вихря у поверхности теплое? Течение воды в осевой части антициклонического вихря можно считать аналогичным течению газа в вихревой трубке Ранка. Экспериментально установлено, что различие в температуре газа, расходуемого у оси и на удалении от нее, в трубке Ранка составляет несколько десятков градусов. Нам могут возразить: вода несжимаема, имеет большую вязкость, и различие в температурах осевой и периферийной струй превратится в нуль, если вместо газй пустить воду.

С целью проверки эффекта Ранка на жидкостях при повышенных давлениях были проведены опыты в приборе, в котором жидкость подается в вихревую камеру через патрубки, раскручивается и выходит через осевой и периферийный кольцеобразный выходы в ловушки. Было установлено различие температур осевой и периферийной струй в 1° при давлении подавае-

кгс

ой воды 100- и приблизитель-

см²

кгс

но 0,5° при давлении 70-. Что

см²

означают эти цифры для масштаба океанического вихря? По расчетам, охлаждение вертикального столба воды диаметром 10 м на 1° по отношению к периферии через 1 ч привело бы к развитию течения вниз со скоростью 4 м/с и расходом воды в струе около 300 т в секунду. При этом нужно учитывать, что температурный эффект усиливается повышением солености воды в ядре вихря. Эти две причины обуславливают возникновение вертикального течения.

Охлаждения воды в ядре вихря у поверхности не происходит потому, что для охлаждения необходимо движение воды к оси, а в ядре его нет.

Традиционный вопрос: нельзя ли смоделировать фазы развития воронки и тем самым приблизить гипотезу к реальности? Оговоримся, точное моделирование воронки затруднено, так как процессы, участвующие в формировании воронки, многочисленны, разнообразны. В такой ситуации целесообразно воссоздавать водяные вихри отдельно по фазам. Мы провели цикл опытов, характеризующихся

сравнительно слабыми превраще ниями энергии. Эксперимент проведен и с газами. Наблюдали пульсацию в осевой части вихрей и не-всплывающую газовую полость в жидкости. Например, мы брали прозрачный цилиндрический сосуд, подавали в него воду с периферийной части и выпускали через центральное отверстие в дне. Скорость вращения воды по мере приближения к центру сосуда быстро увеличивалась, вдоль оси вращения образовывалась воронка. Наличие жестких стенок сосуда приводит к тому, что внешнее давление было не в силах сдавить воронку, заставить ее пульсировать. В открытом же океане перемещения в радиальном направлении от оси допустимы, поэтому пульсации развиваются.

Чтобы наблюдать пульсацию в лабораторных условиях, было проведено исследование со сжатым газом, в котором возможно добиться радиальных перемещений среды от оси в закрытом сосуде. Сжатый газ подается в периферийную часть вращающегося барабана. Чтобы под действием внешнего давления выйти через осевое отверстие барабана, газ приближается к оси, значительно увеличивая скорость своего вращения. К чему это приводит, видно при сравнении графиков давления. Действительно, четко видны колебания, свидетельствующие о периодическом схло-пывании цилиндрической волны (пики давления) и о периодическом отбрасывании газа от осевой зоны центробежными силами (провалы давления). Среда начинает пульсировать. Моделирование не всплывающей в океане кавитационной полости, предшествующей образованию воронки, проводилось также в прозрачном цилиндрическом сосуде, но с применением поплавка. Если на поверхность вращающегося потока воды опустить плоскодонный круглый поплавок, имитирующий конус теплой воды в центре, можно наблюдать следующую картину. С увеличением количества подаваемой воды сначала по оси сосуда от поплавка до отверстия образуется матовая нить микропузырьков. Затем в верхней части матовой нити на некотором расстоянии от поплавка разрежение достигает такого уровня, что появляются макропузыри, застывающие на месте.

Газовая полость вопреки закону Архимеда не всплывает. Это происходит потому, что кавитацион-ные пузыри, образовавшиеся в зонах с максимальной угловой скоростью, находятся в потоке, направленном вниз. Постепенно количество макропузырей увеличивается, они начинают пульсировать и

38