О гейзерах

[druggist]

Оказывается, селевой поток 2007г в долине гейзеров похоронил не только несколько гейзеров, но и красивую модель гейзерообразования, основанную на идее кипения перегретой жидкости, находящейся в узком и длинном канале глубиной порядка сотен метров. Сброс давления при выталкивании воды из канала ускоряет процесс кипения и соответственно ускоряется выталкивание воды, возникает струя воды и пара, происходит извержение.
Альтернативная т.з. изложена в статье А.М. Нечаева. Попробую передать суть своими словами в следующем посте, а интересующиеся могут почитать текст статьи: http://www.kronoki.ru/ufiles/trudy_kron ... vypusk.pdf ( стр. 135, А. М. Нечаев "О механизме извержения гейзера")

[Pphantom]

druggist в сообщении #1063664 писал(а):

Оказывается, селевой поток 2007г в долине гейзеров похоронил не только несколько гейзеров, но и красивую модель гейзерообразования, основанную на идее кипения перегретой жидкости, находящейся в узком и длинном канале глубиной порядка сотен метров.

Честно говоря, из статьи как-то неясно, чем принципиально новая модель отличается от старой. Применимость адиабатического приближения тоже как-то сомнительна, да и $\gamma=1.4$ для водяного пара взят "с потолка"...

[Zai]

Какое замечательное сообщение. Показатель адиабаты для пара действительно ниже(1.28498). Механизм лавинообразного всплытия в статье имеет некоторую новизну по сравнению с безбойлерным. Во всяком случае он более понятен. Введено соотношение объемом ствола и объема камеры бойлера. Связывать соотношение с показателем адиабаты как критерий устойчивости не совсем понятно. Даже если бы камера заполнялась газом, достижение уровня газа в бойлере среза выхода в скважину вызовет лавинообразное истечение газа. Это прежде всего связано с тем что пузыри газа в скважине легче воды. Они уменьшают вес гидростатического столба, что вызывает дополнительный переток газа в скважину.
Пар существенно отличается от газа из-за конденсации. Пузыри пара уменьшаются в диаметре при всплытии из-за конденсации.
Описанное влияние ванны возможно связано с конвекцией воды в стволе скважины и верхнем объеме ванны. Если ванны нет, то в стволе температура повышается из-за сообщения с горячим паром и водой в бойлере. В бойлере температура воды ближе к температуре поступающего пара. Давление в этом случае растет и это давление приводит к извержению гейзера.
Если ванна значительна, то в стволе температура сильно уменьшается из-за сообщения с водой в ванне(тепературная конвекция). В бойлере температура воды ближе к температуре ванны. Давление в этом случае не растет и весь поступающий пар конденсируется в бойлере.
Вообще задача хороша для физического моделирования в малом масштабе с характерным объемом бойлера около одного литра как и для математического моделирования средствами CFD на компютере.

[Theoristos]

Не совсем понятно "Структура гейзера-ванны, у которого сечение ванны значительно
превышает сечение канала. Извержения не происходит, либо оно ослаблено", если на первом рисунке "Камерная модель гейзера" - по сути случай бесконечно большой и бесконечно мелкой ванны.

Также мне любопытен вопрос заполнения такой вот загогулины при наличии постоянного потока тепла.За счёт чего камера заполнится водой, а не паром?

[druggist]

Также интересна статья из следующего (третьего) сборника:
http://www.kronoki.ru/ufiles/trudy_kron ... vypusk.pdf
стр. 142, Белоусов А. Б., Белоусова М. Г.
"Как устроены гейзеры и почему их много в Долине гейзеров"

[GraNiNi]

Смущает вот эта, совершенно бездоказательная фраза из статьи:
"Ясно, что те несколько тонн воды с температурой 26 °С, которые заливало озеро в гейзер, разогреть до температуры кипения за полчаса невозможно."

Все зависит от мощности источника нагрева (разогретые горные породы) и площади контакта с этим источником. Но таких, даже оценочных данных, приведено не было.

Литровый чайник с нагревателем в 1 КВт закипает за несколько минут. А какова мощность гейзерного нагревателя?
Есть хоть приблизительные оценки?

[druggist]

В т.н. камерной модели неочевидно наличие неустойчивости, приводящей к взрывному характеру процесса - извержению. В статье, как я понял, неустойчивость возникает следующим образом. Газ в замкнутой полости расширяется по адиабате и давление сбрасывается обратно пропорционально объему вытесненной жидкости в степени показателя адиабаты. Гидростатическое давление столба воды или водяной "пробки" уменьшается линейно с высотой столба( а при постоянном сечении объему вытесняемой жидкости) за счет излива воды из горловины. Т.о., у границы между паром и жидкостью есть два положения равновесия - устойчивое и неустойчивое, которые по мере нагрева и увеличения количества пара сближаются и в некоторой полуустойчивой точке встречаются, после чего положение равновесия исчезает - известная неустойчивость - седлоузловая бифуркация. Хотя, конечно, не помешал бы натурный эксперимент, моделирующий эту ситуацию, тем более, его легко провести, поскольку не требуется перегрева, больших высот столба жидк. и пр.

[Zai]

Недостаток представленных результатов в многочисленных статьях состоит в том что не пользовались принудительным снижением высоты столба воды( как бы создавая искусственный водоем с своим уровнем заполнения). Если поместить насос с автоматическим регулированием высоты столба воды с откачкой, то результаты экспериментов будут более информативными и впечатляющими.

[druggist]

Мне видится в общих чертах такая схема эксперимента: берется U-образная трубка, один конец запаивается, в нижней части патрубок для подвода холодной воды. Часть трубки с запаянным концом нагревается. При определенных параметрах должны будут происходить переодические выплески, наподобие гейзерных

[Zai]

Впечатляюще. Незабудок согласовать протокол эксперимента с службами техники безопасности.

[druggist]

Zai в сообщении #1074636 писал(а):

берется U-образная трубка

U-образная в топологическом смысле конечно. Здесь простор для работы тандему экспериментатор-стеклодув. Надеюсь по реализации это станет одним из канонических моделей самоорганизующихся систем наряду с ячейками Бенара, кучей песка и реакцией Белоусова-Жаботинского

[Munin]

druggist
А вы хоть какую-нибудь разницу между понятиями автоколебаний, хаоса, и самоорганизующихся систем, себе представляете? (На самом деле, это три понятия, каждое из которых существенно сложнее предыдущего...)