Гидроэнергетика.

[Батороев]

Уравнения, если и существуют, то мне неизвестны, т.к. вряд ли кто-нибудь когда-либо проводил исследования по течению жидкости в конусе, расположенном в потоке этой же жидкости.
Мои соображения больше основывались на том, что в потоке жидкости за конусом обязательно создается зона разрежения. Естественно, часть этой зоны будет заполняться водой, прошедшей снаружи конуса, но другая часть, по идее, должна заполняться водой из самого конуса.

Хотя мои измышления в данном вопросе и на данном этапе, могут быть и ошибочными.
Еще раз повторюсь, нужны исследования.

[Парджеттер]

Батороев в сообщении #250090 писал(а):

Уравнения, если и существуют, то мне неизвестны, т.к. вряд ли кто-нибудь когда-либо проводил исследования по течению жидкости в конусе, расположенном в потоке этой же жидкости.

Ваши рассуждения мне показались мракобесными, поэтому я попросил уравнения. Теперь вижу, что так и есть . И даже, если Ваши рассуждения основывались на интуиции, то мне непонятно откуда вязалась цифирь $n^2$. А вообще - существует уравнение неразрывности. И оно гласит, что при увеличении площади, скорость будет падать. Причем, что характерно, для несжимаемых жидкостей это не зависит от вязкости. И разрежение здесь ничего не даст, поскольку будет переход на установившийся режим течения.

Батороев в сообщении #250090 писал(а):

Мои соображения больше основывались на том, что в потоке жидкости за конусом обязательно создается зона разрежения.

Что-то я сомневаюсь. Разрежение бы создавалсь, если бы из конуса ничего не вытекало. А так получается вечный двигатель.
Да и вообще вся идея - ускорить-то Вы водичку эту ускорите, но сечение будет меньше, а энергия-то ниоткуда не возьмется - она будет такая же какая и была у "широкой" реки. Т.е. Вы ее сможете просто сконценрировать в меньшей области пространства, чтобы ее было проще использовать.

[Батороев]

Парджеттер в сообщении #250111 писал(а):

И даже, если Ваши рассуждения основывались на интуиции, то мне непонятно откуда вязалась цифирь $n^2$.

Потому, что отношение площадей сечений выражается через $n^2$.

Парджеттер в сообщении #250111 писал(а):

А вообще - существует уравнение неразрывности. И оно гласит, что при увеличении площади, скорость будет падать. Причем, что характерно, для несжимаемых жидкостей это не зависит от вязкости. И разрежение здесь ничего не даст, поскольку будет переход на установившийся режим течения.

При увеличении площади проходного отверстия, естественно, скорость падает. С этим никто не спорит. Но к чему это?
На мой взгляд, общий расход воды, проходящей внутри "сопла", из-за находящейся на выходе из "сопла" зоны разрежения, все же должен увеличиться. Но еще и еще раз повторяю - нужны исследования.

Парджеттер в сообщении #250111 писал(а):

Да и вообще вся идея - ускорить-то Вы водичку эту ускорите, но сечение будет меньше, а энергия-то ниоткуда не возьмется - она будет такая же какая и была у "широкой" реки. Т.е. Вы ее сможете просто сконценрировать в меньшей области пространства, чтобы ее было проще использовать.

Вы считаете, этого мало?
Кроме того, сохранение экологии реки, отказ от затопления земель и т.д.

[Парджеттер]

Батороев в сообщении #250307 писал(а):

Потому, что отношение площадей сечений выражается через .

Совершенно точно. Это значит, что скорость упадет в $n^2$ раз.

Батороев в сообщении #250307 писал(а):

На мой взгляд, общий расход воды, проходящей внутри "сопла", из-за находящейся на выходе из "сопла" зоны разрежения, все же должен увеличиться. Но еще и еще раз повторяю - нужны исследования.

Значит, все-таки, вечный двигатель. Понятно.
Вообще, на мой взгляд, тут все несколько более приземленно. Вода будет течь так, как будто никакого соплпа нет, просто потому, что это наименее энергетически затратно.

-- 09 окт 2009, 11:45 --

Батороев в сообщении #250307 писал(а):

Вы считаете, этого мало?

Да нет, это я просто уточнил, чтобы замутненный мозг постороннего читателя не возводил это дело в абсолют.

[Батороев]

Парджеттер в сообщении #250336 писал(а):

Совершенно точно. Это значит, что скорость упадет в $n^2$ раз.

Почему-то Вы настойчиво стремитесь рассмотреть зону на выходе из "сопла".
Я уже неоднократно повторял, что рабочая зона для нас - это суженная часть сопла.
В этой зоне мы имеем скорость воды в $n^2$ раз больше, чем скорость течения воды в реке. В этом месте и будет устанавливаться ротор (турбина) электрогенератора.
Кстати, выполнив ротор своеобразной формы, мы можем получить кольцевое сопло Лаваля (http://www.engineer.bmstu.ru/res/dorofeev/lec/ris/30_01a.htm ротор в данном случае - заштрихованная часть, к которой необходимо мысленно добавить лопатки напротив суженной части наружного сопла), что по-видимому, позволит уменьшить длину "ГЭС" в целом. Отношение площади входного (выходного?) сечения конуса к площади полученного кольца будет значительно больше $n^2$, т.е. скорость воды будет еще выше, чем ранее предполагалось.

Парджеттер в сообщении #250336 писал(а):

Вообще, на мой взгляд, тут все несколько более приземленно. Вода будет течь так, как будто никакого соплпа нет, просто потому, что это наименее энергетически затратно.

Если это будет и так, то все равно установка уже имеет право на существование. Будем "снимать" кинетическую энергию с части реки, ограниченной входным (или выходным?) конусом. Пусть это будет установка средней или даже малой мощности.
Коль реку не перекрывали, плотину не возводили, земель не затопляли, топливо не тратили, то и выработки миллиардов кВт.час в год с нас никто и не стребует.

[Кардановский]

Батороев: Техническая интуиция -вещь для творческой инженерной деятельности совершенно замечательная! Это дар божий, которому никакие учебники и учителя просто не учат.Как музыкальному слуху или пространственному воображению,например. Но вот Вы говорите тут о неком разрежении в расширяющейся части сопла...Извините, полагаю это принципиально неправильным. Ведь вода практически несжимаемая жидкость,поэтому разрежение в ней при обычных давлениях и температурах не наступает. Вы,вероятно,употребляете этот термин просто по аналогии истечения через сопло газов...

[Парджеттер]

Батороев в сообщении #250356 писал(а):

Почему-то Вы настойчиво стремитесь рассмотреть зону на выходе из "сопла".
Я уже неоднократно повторял, что рабочая зона для нас - это суженная часть сопла.

Ничего такого Вы не писали. И ничего я настойчиво не стремлюсь рассмотреть, просто читаю то, что Вы писали:

Батороев в сообщении #249329 писал(а):

Допустим, имея диаметр в рабочей части , а на выходе в несколько раз большее - , мы увеличиваем скорость протока воды почти в раз.

Вы же написали "на выходе", а не "на входе".

И, кстати

Батороев в сообщении #249995 писал(а):

Под понятием "сопло" имелась конструкция, имеющая и сужающуюся, и расширяющуюся части.

Ну Вы знаете, я еще никого не видел, кто бы под соплом имел в виду только расширяющуюся часть. Вот только сужающуся часть - да.

Батороев в сообщении #250307 писал(а):

На мой взгляд, общий расход воды, проходящей внутри "сопла", из-за находящейся на выходе из "сопла" зоны разрежения, все же должен увеличиться. Но еще и еще раз повторяю - нужны исследования.

Разрежение у Вас будет только в том случае, если скорость на выходе из сопла меньше, чем скорость в реке. А это значит, что соплище у Вас должно быть ого-го какое, чтобы сначала разогнать, а потом еще больше затормозить. Кстати, вряд ли получится, ибо размеры-то ограничены. Так вот, а если у Вас будет разрежение, то значит, действительно, будет "всасывание" и это приведет к тому, о чем я говорил - установится режим течения при котором присутствие или отсутствие соплна ни на что не влияет.

Батороев в сообщении #250356 писал(а):

Если это будет и так, то все равно установка уже имеет право на существование. Будем "снимать" кинетическую энергию с части реки, ограниченной входным (или выходным?) конусом. Пусть это будет установка средней или даже малой мощности.

Я говорю о том, что расположение сопла в реке ничего не даст. У Вас на выходе должно быть все то же, что и в окружающем пространстве. Если это будет не так, что тогда это либо вечный двигатель, либо откуда-то будет черпаться энергия, что скажется на скорости течения реки в целом и, как следствие, на экологии.
Поэтому первый вариант с сужением русла был более реалистичным.

Так как поток у нас стационарный и жидкость несжимаемая, то механическая энергия единицы объема будет $p+\rho u^2 /2$. Отсюда, с учетом уравнения неразрывности легко получить, что в идеальном случае мощность на выходе, естественно, равна мощности на входе. Кстати, можете ее посчитать при разумных сужениях. Но есть одно но - сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости (ну если скорости не малы, но если они малы, то просто скорости, но вряд ли там будет хоть какая-нибудь мощность). Так что при разгоне будут потери. А энергетические потери плюс то, что Ваш поток будет разгонять какую-то там хреновину это потери энергии реки, как следствие, может сказаться и на природных процессах.

[Батороев]

Кардановский в сообщении #250405 писал(а):

Батороев: Техническая интуиция -вещь для творческой инженерной деятельности совершенно замечательная! Это дар божий, которому никакие учебники и учителя просто не учат.Как музыкальному слуху или пространственному воображению,например. Но вот Вы говорите тут о неком разрежении в расширяющейся части сопла...Извините, полагаю это принципиально неправильным. Ведь вода практически несжимаемая жидкость,поэтому разрежение в ней при обычных давлениях и температурах не наступает. Вы,вероятно,употребляете этот термин просто по аналогии истечения через сопло газов...

Я хоть и слух музыкальный имею довольно неплохой (лауреат всероссийских любительских конкурсов в составе муз. коллектива) и объемное воображение у меня развито достаточно хорошо (много лет был конструктором), но не доверять статьям докторов ф-м. наук так и не научился: http://wsyachina.narod.ru/physics/hydrodynamics.html. Ибо написано на подзаголовке: "Сопротивление, испытываемое телом при движении в жидкости".

Парджеттер в сообщении #250408 писал(а):

Батороев в сообщении #250356 писал(а):

Почему-то Вы настойчиво стремитесь рассмотреть зону на выходе из "сопла".
Я уже неоднократно повторял, что рабочая зона для нас - это суженная часть сопла.

Ничего такого Вы не писали.

Писал:

Батороев в сообщении #249329 писал(а):

Допустим, имея диаметр в рабочей части , а на выходе в несколько раз большее - , мы увеличиваем скорость протока воды почти в раз.

Батороев в сообщении #249995 писал(а):

Под понятием "сопло" имелась конструкция, имеющая и сужающуюся, и расширяющуюся части. Рабочая часть - это самая узкая часть "сопла".

Выделено при цитировании.

Парджеттер в сообщении #250408 писал(а):

И ничего я настойчиво не стремлюсь рассмотреть, просто читаю то, что Вы писали:

Батороев в сообщении #249329 писал(а):

Допустим, имея диаметр в рабочей части , а на выходе в несколько раз большее - , мы увеличиваем скорость протока воды почти в раз.

Вы же написали "на выходе", а не "на входе".

Да, надо было мне написать на "НА ВХОДЕ".

Парджеттер в сообщении #250408 писал(а):

Я говорю о том, что расположение сопла в реке ничего не даст. У Вас на выходе должно быть все то же, что и в окружающем пространстве. Если это будет не так, что тогда это либо вечный двигатель, либо откуда-то будет черпаться энергия, что скажется на скорости течения реки в целом и, как следствие, на экологии.
Поэтому первый вариант с сужением русла был более реалистичным.

Так как поток у нас стационарный и жидкость несжимаемая, то механическая энергия единицы объема будет $p+\rho u^2 /2$. Отсюда, с учетом уравнения неразрывности легко получить, что в идеальном случае мощность на выходе, естественно, равна мощности на входе. Кстати, можете ее посчитать при разумных сужениях. Но есть одно но - сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости (ну если скорости не малы, но если они малы, то просто скорости, но вряд ли там будет хоть какая-нибудь мощность). Так что при разгоне будут потери. А энергетические потери плюс то, что Ваш поток будет разгонять какую-то там хреновину это потери энергии реки, как следствие, может сказаться и на природных процессах.

Текущая река - это и есть поток энергии.
Брать эту энергию или не брать? - вопрос риторический.
Если потери природы от таких установок будут превосходить потери от ТЭЦ, или ГРЭС, или ГЭС в их нынешнем виде, я сам первый выступлю против их производства. На данный момент, мне кажется, что влияние на природу - не больше, чем от какого-либо моста или судна, плывущего против течения.
Если у Вас есть какие-либо более веские доводы, высказывайтесь. Предугадать отрицательные последствия всегда легче, чем их затем преодолевать.
Хотя и строить их пока никто не собирался.

[Qx15(RUS)]

У меня вопрос. Зачем вообще тут сопло? Ведь ставят же подводные турбины и без них. Просто компенсируют количеством. Ставить турбины под водой и так очень тяжело, связи хотя-бы с сильным течением, а огромный конус поставить вообще будет проблема. Вы же собираетесь их ставить на реках с течением и наверняка не малым! Возьмите в расчет хотя-бы то, что некоторые реки, связи в приливом\отливом меняют свое направление 2 раза в сутки. Вы будете вращать это сопло? Или только половину энергии использовать? Идея хороша, но сопло явно "не пришей к ноге рукав". Оно может дать только увеличение скорости, за счет потери мощности. Ничего не выйграете! А эта пробремма решается за счет редуктора и все.

[Батороев]

Qx15(RUS) в сообщении #250513 писал(а):

У меня вопрос. Зачем вообще тут сопло? Ведь ставят же подводные турбины и без них. Просто компенсируют количеством. Ставить турбины под водой и так очень тяжело, связи хотя-бы с сильным течением, а огромный конус поставить вообще будет проблема.

Основная цель, которая преследовалась, это снять кинетическую энергию с максимально возможного потока реки при минимальных размерах энергоагрегата.
Изготовить большую двухконусную обечайку всегда проще, чем большую турбину, а одну турбину изготовить дешевле, чем несколько.
С монтажом вообще больших проблем не вижу. Может оттого, что насмотрелся канал "Дискавэри", где показывали монтаж нефтяных платформ в десятки тысяч тонн весом на море, где постоянный 2..3-бальный шторм.

Qx15(RUS) в сообщении #250513 писал(а):

Вы же собираетесь их ставить на реках с течением и наверняка не малым! Возьмите в расчет хотя-бы то, что некоторые реки, связи в приливом\отливом меняют свое направление 2 раза в сутки. Вы будете вращать это сопло? Или только половину энергии использовать? Идея хороша, но сопло явно "не пришей к ноге рукав". Оно может дать только увеличение скорости, за счет потери мощности. Ничего не выйграете! А эта пробремма решается за счет редуктора и все.

Приливно-отливный агрегат следует выполнить в симметричном исполнении ("туда-сюда").
Потери энергии относительно бессоплового варианта только от трения воды об стенки сопла, поэтому потери мощности незначительны.

[Кардановский]

Батороев: Я Вас поправил лишь в употреблении термина "разрежение" в отношении малосжимаемой воды.Ведь разрежение-есть существенное уменьшение плотности. В Вашем же случае, существенного уменьшения плотности воды на выходе из узкой части сопла очевидно не происходит. А вот давление,конечно же меняется.

[Парджеттер]

Батороев в сообщении #250439 писал(а):

Да, надо было мне написать на "НА ВХОДЕ".

Вот с этого и надо было начинать, а не с приведения цитат, где написано "на выходе". Выход есть выход, а вход есть вход. Вы можете вкладывать в эти понятия любой смысл, но то, что при этом кто-нибудь Вас правильно поймет весьма маловероятно.

Батороев в сообщении #250439 писал(а):

На данный момент, мне кажется, что влияние на природу - не больше, чем от какого-либо моста или судна, плывущего против течения.
Если у Вас есть какие-либо более веские доводы, высказывайтесь. Предугадать отрицательные последствия всегда легче, чем их затем преодолевать.

Я уже высказался. Но предложение-то Ваше. Проведите, пожалуйста, оценочный расчет и схематичное описание конструкции и ее расположения в потоке. А то так нет предмета разговора. Я думаю это должно быть нетрудно.
И в качестве отдельного пункта надо обязательно провести моделирование, чтобы вскрыть роль расширяющейся части сопла. Насчет сужающейся части вопросов нет - это физика для 7го класса. Но насчет расширяющейся - еще какие. Если нет уравнений, то нет и разговора. Хотя бы какие-нибудь. Приблизительные. У нас же научный форум, а не форум изобретателей и рационализаторов.

[Qx15(RUS)]

Батороев в сообщении #250603 писал(а):

Основная цель, которая преследовалась, это снять кинетическую энергию с максимально возможного потока реки при минимальных размерах энергоагрегата.
Изготовить большую двухконусную обечайку всегда проще, чем большую турбину, а одну турбину изготовить дешевле, чем несколько.
С монтажом вообще больших проблем не вижу. Может оттого, что насмотрелся канал "Дискавэри", где показывали монтаж нефтяных платформ в десятки тысяч тонн весом на море, где постоянный 2..3-бальный шторм.
...
Приливно-отливный агрегат следует выполнить в симметричном исполнении ("туда-сюда").
Потери энергии относительно бессоплового варианта только от трения воды об стенки сопла, поэтому потери мощности незначительны.

Соглашусь, что одну турбину проще сделать, чем несколько. Насчет турбины с сужающейся по центу обечайкой, хорошее решение. И действительно, потери на трение ничтожны, а вот то, что конус гораздо прочнее, чем лопатки факт. Таким образом, макс. нагрузка, которую сможет выдержать этот агрегат, гораздо больше, чем у аналогичных больших турбин. Насчет того, что проблем пока нет, это временно, что-то да приклеится... А размеры энергоагрегата это только вращающейся части? Или всей конструкции. И еще, по моему мнению, гиперболическая обечайка будет работать лучше, чем конусообразная.
P.S. Я не знаю такого канала "Дискавэри", потому-что не имею кабельного ТВ, и я не смотрел и не насмотрелся того, где "показывали монтаж нефтяных платформ в десятки тысяч тонн весом на море, где постоянный 2..3-бальный шторм."

[Батороев]

Кардановский в сообщении #250709 писал(а):

Батороев: Я Вас поправил лишь в употреблении термина "разрежение" в отношении малосжимаемой воды.Ведь разрежение-есть существенное уменьшение плотности. В Вашем же случае, существенного уменьшения плотности воды на выходе из узкой части сопла очевидно не происходит. А вот давление,конечно же меняется.

Поправка принимается.

Парджеттер в сообщении #250791 писал(а):

Проведите, пожалуйста, оценочный расчет и схематичное описание конструкции и ее расположения в потоке. А то так нет предмета разговора. Я думаю это должно быть нетрудно.
И в качестве отдельного пункта надо обязательно провести моделирование, чтобы вскрыть роль расширяющейся части сопла. Насчет сужающейся части вопросов нет - это физика для 7го класса. Но насчет расширяющейся - еще какие. Если нет уравнений, то нет и разговора. Хотя бы какие-нибудь. Приблизительные. У нас же научный форум, а не форум изобретателей и рационализаторов.

Конструкция представляет собой обечайку, выполненную в виде двух усеченных конусов, сопряженных по малому основанию, установленную в воде по ходу течения реки. В самой узкой части установлена турбина энергоагрегата.
Примем диаметры конусов на входе и выходе одинаковыми, например по $D= 3 $ $m$, в узкой части $d=1$ $m$. Внутренний диаметр лопаток турбины (диаметр ступицы турбины) - $d_1=0,5$ $m$
Скорость течения реки $v_1=1\frac{m}{c}$
Расход воды $Q=\dfrac{\pi D^2\cdot v_1}{4}= 7 $ $ \frac{m^3}{c} $
Скорость течения в узкой части (условная - без учета потерь на сопротивление): $ v_2=v_1\cdot \frac {D^2}{d^2-d_1^2}= 12 $ $\frac {m}{c^2}$
Кинетическая энергия воды, протекающей через узкую часть в течение 1 $c$, а фактически мощность (условная): $p=\dfrac {mv_2^2}{2t}=\dfrac {(\rho \cdot Q)\cdot v_2^2}{2} = \dfrac{(1000 \cdot 7)\cdot 12^2}{2\cdot 1000} = 504 $ $kWt$,
где $\rho$- плотность воды.
Какую часть этой мощности мы сумеем "снять" на установке - не представляю - гидроэнергетикой никогда не занимался.
Насчет процессов, происходящих в расширяющейся части - покажет эксперимент. На том, что я пытался выявить в этой части - не настаиваю.

Qx15(RUS) в сообщении #250802 писал(а):

Соглашусь, что одну турбину проще сделать, чем несколько. Насчет турбины с сужающейся по центу обечайкой, хорошее решение. И действительно, потери на трение ничтожны, а вот то, что конус гораздо прочнее, чем лопатки факт. Таким образом, макс. нагрузка, которую сможет выдержать этот агрегат, гораздо больше, чем у аналогичных больших турбин. Насчет того, что проблем пока нет, это временно, что-то да приклеится... А размеры энергоагрегата это только вращающейся части? Или всей конструкции. И еще, по моему мнению, гиперболическая обечайка будет работать лучше, чем конусообразная.
P.S. Я не знаю такого канала "Дискавэри", потому-что не имею кабельного ТВ, и я не смотрел и не насмотрелся того, где "показывали монтаж нефтяных платформ в десятки тысяч тонн весом на море, где постоянный 2..3-бальный шторм."

Под размерами энергоагрегата я в прошлом сообщении имел в виду размеры вращающейся части.
Что касается формы корпуса, конструктивного исполнения турбин и т.д., то специалистам, естественно, эти вопросы необходимо будет проработать.

Канал "Дискавэри", на мой взгляд, очень интересный. Подключение к кабельному телевидению мне обходится всего 150 руб./мес., т.к. в договоре указал не все каналы из предложенных, а только те, которые хотел бы принимать.

[Кардановский]

Батороев: Закиньте проектное предложение в наш Минэнерго Христенко. Там сейчас на разные альтернативы,после Саяно-Шушенской трагедии то смотрят помягче,чем раньше...