Гидродинамический эффект

[Linkey]

Я процитирую ещё раз один сайт, хотелось бы чтобы его прокомментировали:

Цитата:

Специалисты НАСА сразу предупреждают читателей, что, к сожалению, неверными являются по сути все популярные объяснения подъемной силы [крыла самолёта], обычно приводимые в Интернете, энциклопедиях, учебниках по общей физике или в музейно-выставочных экспонатах, посвященных теории полета. Для обоснования столь неожиданного и весьма сильного, что ни говори, утверждения, в деталях проанализированы несколько наиболее частых ошибок.

У меня возникла такая сумбурная идея. Сейчас в физике "рулит" теория струн. Предполагается, что на макроуровне "струновые" эффекты превращаются в обычную механику Ньютона. Но, может быть, иногда бывает иначе? Может быть, в гидродинамике можно получить макро-эффект из теории струн?

[rustot]

n1m в сообщении #778930 писал(а):

Обычно вот этот погонный километр называют "линией тока".)

нет, линией тока называют траекторию перемещения отдельного маленького однородного объемчика в потоке. а я о большом объеме перекрывающем все сечение, разной скоростью и давлением в частях которого нельзя пренебречь. если вывести его интегрированием уравнений Бернулли по объему и если вывести его из энергий и работ как я сказал выше, результат будет одинаковым.

если рассматривать только собственную энергию участка, вот до черного ящика у него была такая сумма кинетической и потенциальной энергий а после черного ящика она стала вот такой, значит в черном ящике была потеряна разность между ними - то выйдет ошибка. потеряны сведения о работе внешних сил при заталкивании этого участка в черный ящик минус работа этого участка в качестве внешних сил над следующим по выходу из черного ящика. для вагона вы сделаете ту же ошибку если посчитаете что при пересечении им какого то участка на трение могла уйти только его собственная энергия, а если собственную кинетическую и потенциальную энергию не поменял значит и трения нет.

[n1m]

Согласен. По-моему правильный анализ. Что дальше?

[rustot]

а дальше интересно, выносим за скобки какая работа совершается над участком потока и какой он обладал собственной энергией до черного ящика, а смотрим только на сумму собственной энергии и работы над следующим участком после черного ящика. независимо от того что происходило до черного ящика и внутри него мы ставим задачу минимизировать эту самую сумму при фиксированном высшими силами (осадками) расходе воды литров/сек. чем меньшей собственной энергией обладает поток тем лучше, чем меньшую работу он выполняет тем лучше. если бы мы вручную создавали этот поток насосами из плоской лужи на уровне дна, то минимизировав эту сумму мы минимизируем наши затраты для заданного расхода воды. если мы минимизировали его энергию и его работу значит мы максимизировали отбор его энергии и работы над ним до черного ящика.

если бы русло не было фиксированным то очевидно решение минимизации - размазать поток тонким слоем по как можно большей площади да и все

если же имеем русло прямоугольной формы фиксированной ширины $w$, то имеется некоторая оптимальная высота $h$ (и соответственно скорость) потока, при котором сумма энергии и работы минимальна. не утомляя выкладками эта высота равна $h = \sqrt[3]{v_0^2 h_0^2 / g}$, где получившуюся неудобную величину $\frac{dV /dt}{w}$ отношения заданного расхода воды к заданной ширине русла я обозначил через $v_0 h_0$, то есть через то, какую скорость имел бы поток при произвольной его высоте (величина этого произведения одинакова при любой высоте). скажем если изначально имеем реку глубиной 3 метра и скоростью 3 м/с c примерно прямоугольным руслом, то оптимальная высота потока после генератора - 2 метра

в общем вывод такой - при заданном расходе воды и сечении русла, поменять которые мы не можем, в целях оптимизации отбора энергии генератором следует формировать на его выходе строго заданные параметры высота/скорость/давления потока. но как я писал выше, у меня есть подозрение, что река без всяких генераторов формирует именно такую высоту потока, поскольку это энергетически оптимально

расширить русло было бы эффективнее, но если нельзя то можно вот так

[Xey]

Linkey в сообщении #778934 писал(а):

Но, может быть, иногда бывает иначе?

Для рассматриваемых вопросов неважно как устроена и из чего состоит среда. То, что открыли самолетчики, паровозостроители и прочие гидротехники, не изменится при появлении новых знаний.

Обидно за них, продвинувших цивилизацию в постиндустриальный мир, когда не понявший учебника Пёрышкина ставит под сомнение их квалификацию, предлагая наивный проект вечного двигателя.

О крыле не очень давно была тема . Действительно, распространено неправильное мнение, что его подъемная сила создается без отбрасывания массы воздуха вниз.
Оно отбрасывает, как любая движущсяся наклонная плосость + кое что еще.

[n1m]

rustot в сообщении #778944 писал(а):

в общем вывод такой - при заданном расходе воды и сечении русла, поменять которые мы не можем, в целях оптимизации отбора энергии генератором следует формировать на его выходе строго заданные параметры высота/скорость/давления потока. но как я писал выше, у меня есть подозрение, что река без всяких генераторов формирует именно такую высоту потока, поскольку это энергетически оптимально

А почему не так -" Чем выше высота, тем лучше."

[rustot]

n1m в сообщении #778975 писал(а):

А почему не так -" Чем выше высота, тем лучше."

если _перед_ генератором, то да, чем выше тем лучше. а после генератора нам же минимум энергии у потока нужен. а при заданной ширине русла энергия потока стремится к бесконечности при стремлении высоты потока к нулю (скорость стремится к бесконечности) и стремится к бесконечности при стремлении высоты к бесконечности (потенциальная энергия силы тяжести) значит где то между ними при какой-то высоте находится минимум энергии потока

[n1m]

Согласен. Но как этот минимум использовать технически? Как рассчитать в конкретном случае? Где об этом почитать?
Возможно ли его создать при помощи "турбины тр."?

[Xey]

rustot в сообщении #778944 писал(а):

расширить русло было бы эффективнее

Похоже Вы пытаетесь схитрить, хотите получить энергию за счет понижения центра тяжести сечения потока (до 1 мм расширив русло до 1000 м) . Это не честно.

Давайте определимся с условиями. Есть поток прямоугольного сечения с оптимальным (исходя из минимума трения) отношением площади сечения к длине периметра сечения (что-то близкое к квадрату). Уклон русла 1/100.
Вы приобрели в пользование 10 метров этого русла , и хотите поиметь с него максимум возможного, но вы не имеете права поднимать уровень в русле до вашего участка, и расширять русло после вашего участка.

На вашем участке каждый килограмм воды понижается на 0.1 м , но этот Джоуоль энергии уходит на трение потока о русло.
Все что вы можете сделать (разумного) это попытаться уменьшить трение о русло (на протяжении вашего участка) и поставить водяное колесо, компенсирующее это уменьшение трения.

[rustot]

Xey в сообщении #779034 писал(а):

Вы приобрели в пользование 10 метров этого русла , и хотите поиметь с него максимум возможного, но вы не имеете права поднимать уровень в русле до вашего участка, и расширять русло после вашего участка.

уклон реки на моем участке неважен. поскольку вода движется неускоренно то все что она могла бы прибавить с потенциальной энергии этого уклона она целиком отдает на трение. так что можно в расчетах заменить наклонный участок с трением на горизонтальный без трения

при некоторых комбинациях высоты и скорости потока я вообще не смогу отобрать никакой энергии не имея права трогать русло и увеличивать высоту потока за пределами моего участка и отводить воду куда то еще. энергия вроде вот она а забрать никак. любой отбор энергии это совершение водой работы, прикладывание ею силы к какой то лопасти, поршню и так далее. сила создается разностью давлений воды до и после этой лопасти. то есть перед заборным устройством повысится давление, а повышение давления приведет к подъему уровня воды.

но при некоторых комбинация высоты и скорости потока его распределение по руслу неоптимально, если понизить его уровень и соответственно увеличить скорость, то его энергия уменьшится. поэтому я ставлю турбину такой мощности чтобы на выходе поток получился необходимой высоты. а увеличение высоты потока перед ней компенсирую насосом, который будет засасывать воду в направлении турбины и тем понижать давление перед собой. часть энергии на питание этого насоса потеряю но условия задачи соблюду, перед моим устройством высота потока останется неизменной, а после него будет оптимальной высоты

те чьи участки расположены после вашего повторить фокус уже не смогут, у них на входе уже поток оптимальной высоты. не расширяя/углубляя русло за собой и не поднимая воду перед собой они энергии не получат

-- 23.10.2013, 16:03 --

n1m в сообщении #779030 писал(а):

Согласен. Но как этот минимум использовать технически? Как рассчитать в конкретном случае? Где об этом почитать?
Возможно ли его создать при помощи "турбины тр."?

я не думаю что в реальных условиях вообще стоит задача "ну ни в коем случае не повысить уровень воды ни на миллиметр". вычисляете идеальную высоту потока, при которой его энергия минимальна. ставите такое заборное устройство после которого именно такая высота получается, получаете с этого какую то энергию. а потом высоту потока перед устройством регулируете на нужный уровень дополнительными устройствами, тратя (для понижения этого уровня при превыщении разрешенного) или получая (при недоборе до разрешенного уровня) дополнительную энергию. тогда для заданного допустимого подъема уровня воды (в том числе нулевого) получите оптимальный отбор энергии. не меняя русла вы не можете на выходе оставить ноль энергии потоку, значит нужно оставить ему тот минимум который принципиально возможен для данного русла

[Xey]

rustot в сообщении #779050 писал(а):

если понизить его уровень и соответственно увеличить скорость, то его энергия уменьшится.

Этот момент правильно изображен на картинке в статье Трещалова. Вода не хочет течь с большой скоростью, она вскоре замедляется и ее уровень растет.

При заданном уклоне русла объем протекающей воды завист от высоты потока.
Объемы к нас равны , будут равны и уровни (если конечно не подгонять поток лопатой до самого моря).

[rustot]

Xey в сообщении #779057 писал(а):

При заданном уклоне русла объем протекающей воды завист от высоты потока.

и от его скорости. простой пример, очень очень медленная река и плотина на ней. в плотине маленькая дырочка из которой вытекает струйка воды, как раз такого объема в секунду как и в очень медленной реке. вот вам и изменение высоты потока с метров до миллиметров с увеличением его скорости. никакого резона этой струйке преобразоваться потом обратно в очень большую и очень медленную реку нет - так и будет бежать, не подгоняемая никакими лопатами

вот когда энергия потока далека от оптимума тогда он и стремиться будет к оптимуму. если вы нормальную полноводную реку перегородите плотиной а воду будете выпускать через тоненькую дырочку со сверхзвуковой скоростью (для этого вам придется тратить энергию, а не получать), то энергия такого тонкого и очень быстрого потока будет чрезмерно большой (больше чем когда он был частью реки, несмотря на потерю высоты) для такого русла и он постепенно замедлится увеличивая высоту

[Xey]

rustot в сообщении #779060 писал(а):

простой пример, очень очень медленная река и плотина на ней. в плотине маленькая дырочка из которой вытекает струйка воды, как раз такого объема в секунду как и в очень медленной реке. вот вам и изменение высоты потока с метров до миллиметров с увеличением его скорости. никакого резона этой струйке преобразоваться потом обратно в очень большую и очень медленную реку нет - так и будет бежать, не подгоняемая никакими лопатами

Вы ошибаетесь.
Представьте медленную речку, мысленно перегородите ее плотиной с дырочкой. Получилось?

А теперь скажите , почему никуда не делась вода , что ниже мысленной плотины?
Более того, если отчерпать ее ведром, все равно, через какое то время уровень поднимется до прежнего.

(Оффтоп)

Я любил в детстве играть у ручейка.

[rustot]

Xey в сообщении #779075 писал(а):

Представьте медленную речку, мысленно перегородите ее плотиной с дырочкой. Получилось?

получилось. вот у меня бак на даче, это будет речка с ну очень медленным течением, формируемым втекаемой с одного края водой из трубы. а на выходе из трубы течет маленький ручеек и 2 метровой высоты набрать не пытается.

у любого расхода воды и ширины русла есть оптимальная высота к которой в результате потерь на трение поток будет стремиться, потому-что и при большей и при меньшей высоте у него больше энергии. если мы искуственно сделали поток очень высоким и очень медленным или очень низким и быстрым то он постепенно вернется к "норме". если он в данный момент до нормы не дошел сам, то его можно к этой норме вернуть искуственно и поиметь с этого энергию

[R-Good]

rustot в сообщении #779090 писал(а):

у любого расхода воды и ширины русла есть оптимальная высота к которой в результате потерь на трение поток будет стремиться, потому-что и при большей и при меньшей высоте у него больше энергии. если мы искуственно сделали поток очень высоким и очень медленным или очень низким и быстрым то он постепенно вернется к "норме". если он в данный момент до нормы не дошел сам, то его можно к этой норме вернуть искуственно и поиметь с этого энергию

Во ! Здравые мысли !
А как называется поток с такой минимальной удельной энергией знаете ?
Число Фруда для него пробовали расчитать ?
Но самое интересное - это график функции зависимости энергии потока в зависимости от глубины.
Если сами не сможете нарисовать - потом покажу.