Техника - молодёжи 2005-04, страница 26
СМЕЛЫЕ П Р О Е К Т Ы ВИХРИ: ХОЛОД ИЗТЕПЛА, ТЕПЛО ИЗХОЛОДА-ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ «В физике часто случалось, что существенный успех был достигнут проведением последовательной аналогии между несвязанными по виду явлениями». А. Эйнштейн Нельзя любое вращательное движение газа или жидкости называть вихрем. Газовая динамика требует выполнения условий трех теорем Гельмгольца и двух Стокса и Томсо-на, прежде чем заявить: мы наблюдаем вихрь. Одним из безусловных требований теории является опира-ние вихря своими торцами либо на жесткую поверхность, либо на границу раздела сред, либо замыкание торцов друг на друга. В последнем случае мы имеем дело с тороидальным вихрем, - наиболее устойчивым вихревым образованием в природе. Самыми известными, существующими многие миллионы лет, называют приполярные тороидальные вихри атмосферы Земли. Приполярные тороидальные вихри, по сути дела, являются естественными холодильниками земной атмосферы: избыточная тепловая энергия, как излучаемая недрами Земли, так и излучаемая Солнцем, преобразуется в холод, который в виде снега, льда, талой воды накапливается в полярных и приполярных районах планеты. Несмотря на то, что вихри буквально пронизывают всю нашу жизнь и находятся вокруг нас в немыслимых количествах, какой-ни-будь приемлемой количественной или качественной классификации -по размерам, по массе или по иным параметрам, - в обозримой литературе не имеется. Так что далее в статье предлагается воспользоваться понятием «вихревого моля», которое ввел в газовую динамику профессор МЭИ М.Е. Дейч. Легче и проще всего привязать понятие вихревого моля к массе вещества. Поскольку речь в основном пойдет о воде, то очень удобно представить себе - даже вполне зримо, - вихревой килограмм-моль: это 18-литро-вый закрученный объём воды. Или вихревой миллимоль: это 18 см3 объёма, 18 г воды. Нам понадобится также вихревой наномоль. Разумеется, закрученные вихрем массы или объёмы вещества являются величинами случайными и кратными килограмммолю, миллимолю или наномолю. Вихрь является своеобразной машиной и как всякая машина способен потреблять или выдавать энергию, преобразовывая при этом один вид энергии в другой. Так вихрь, помещенный в трубу, потребляя кинетическую энергию тангенциально подведенной струи, выдает тепловую энергию, разделяя потоки газа на «холодный» и «горячий» (эффект Ранка). Осуществляемые вихрями процессы преобразования одного вида энергии в другой, чрезвычайно сложны и многие из них до сих пор не находят своего объяснения. Мы знаем также, что любое плодотворное изыскание, исследование начинается с попытки хотя бы схематично представить механизм того или иного процесса. Тогда положенная в основу схема рабочей версии развивает -с я в гипотезу. Например, вихри способны использовать электромагнитные силы, электромагнитную энергию. Докажем это на примере детального разбора механизма грозообразования. Начнем с того, что атмосфера в вертикальном разрезе разделена на слои, каждый из которых имеет свою температуру, свое давление. Соответственно, между слоями воздуха существует граница раздела сред и она вполне материальна. Таким образом, в приземном слое воздуха есть две поверхно сти, на которые может опереться своими торцами возникающий воздушный вихрь: с одной стороны -жесткая поверхность Земли, с другой - граница раздела воздушных слоев. Процесс грозообразования начинается с появления «линзы» (рис. 1) на границе между приземным, прогретым солнечными лучами, слоем и слоем с «прохладным» воздухом на высоте примерно, 1200-1500 м от земной поверхности (все цифровые данные заимствованы у Р. Фейнмана, из его знаменитых лекций по физике). Линза возникает, как правило, над сильно увлажненным местом, где, в результате испарения влаги и быстрого подъёма паровоздушной смеси, имеет место увеличенное давление поднимающихся потоков на границу раздела сред слоев воздуха. В линзе под действием сил Кориолиса поднимающиеся потоки воздуха начинают закручиваться в правовинто-вом направлении, если смотреть с земной поверхности. Далее вовлекаемые извне всё увеличивающиеся объёмы воздуха образуют объёмный вихрь (рис. 2), вихревая трубка (вихревой шнур) которого представляет собой опрокинутую воронку, направленную раструбом к земной поверхности. Причем,распределение скоростей в спиральных течениях вихря происходит так: если у поверхности земли, в образующей раструба воронки, линейная скорость воздушного потока не превышает значений в 8 - 10 м/с, то в верхней части, с наименьшим диаметром, линейная скорость закручиваемых потоков может достигать значений в десятки метров в секунду. В околоосевом пространстве вихревой трубки, как известно, создается разреженная среда, всасывающая воздух с поверхности земли. В том числе, пылевые частицы, ко- ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 4' 2 0 0 5 24 |
