Обсуждение:Вихревой эффект

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

КПД[править код]

Откуда взято утверждение о КПД устройства? Оно ссылается на статью, имеющую, мягко говоря, дискуссионный характер. В статье самого Хилша (Rev. Sci. Instrum. 18, 108 (1947)) на стр 112 показано, что эффективность трубы всегда меньше, чем эффективность газовой турбины, работающей от такого же потока газа. Также см. Таблицу 1 там же. Предлагаю убрать сомнительное утверждение о КПД, добавить ссылку на работу Хилша. Havoc theory 20:03, 21 июля 2010 (UTC)

Из указанной статьи, собственно, и взято. Правьте смело, если ваш источник более авторитетен в данном вопросе. Если оригинальная работа свободно доступна в интернете либо имеет DOI, не могли бы вы дать ссылку или номер? Но можете ли вы указать на ошибку в данной фразе? `a5b 22:45, 21 июля 2010 (UTC)

Энергия, затраченная на привод компрессора сжатого воздуха значительно меньше, чем энергия, заключенная в произведении теплоёмкости на перепад температур между горячим и холодным воздухом, отнесенные к единицы массы воздуха.

Загадочные тезисы[править код]

На настоящий момент (19 апреля 2019г) в википедийной статье выдвинуты 2 тезиса.
1) Невнятно сформулированный тезис о том, что якобы в "однонаправленной трубке" (ввод газа с одного конца, а отбор и горячего, и холодного газа с противоположного конца) никакого эффекта Ранка-Хилша не получится.
2) Тезис о том, что направление вращения газа меняется по радиусу.

Вот докторская диссертация 2012г Yupeng Xue, Австралия, университет Аделаиды.
https://digital.library.adelaide.edu.au/dspace/bitstream/2440/82139/8/02whole.pdf
Yupeng Xue подробно рассказывает о исследованиях, выполненных до него, а также приводит данные, намернные им самим.
Результаты.
1) Однонапавленная трубка чуть-чуть проигывает по эффективности трубке "с разворотом потока", но тоже работает.
2) Приведены картинки распределения скоростей, намерянные Yupeng'ом. Все, конечно же, вращается в одну и ту же сторону.
В билиографии Yupeng упоминает самые экзотические установки с совершенно фантастическими геометриями, но Yupeng никогда не слышал, чтобы на каком-то радиусе поток сумел закрутиться в обратную сторону.
В википедийной статье приведена ссылка на книгу Меркулова (1969г). Меркулов, также, приводит картинки скоростей (от радиуса) в разных сечениях трубы. Ничего даже близко похожего на "обратное вращение" у Меркулова также не набюдается.
Да и не может там быть никакого "обратного вращения", подобное противоречит закону сохранения момента импульса.

Откуда, на основании чего, возникли тезисы 1 и 2?

biglebowsky.livejournal.com

Физика[править код]

Вот, моё старое объяснение удалили, вместе с упоминанием эффекта тепловой рекуперации. Если оно в чём-то неправильно, требую конструктивных комментариев. Нынешнее объяснение содержит много умных слов и мало понятно даже для специалистов. Пожалуйста, упростите так, чтобы школьнику было понятно.

Так, вкратце моё качественное объяснение:

1. Горячий выход расположен на периферии. Втекающему газу проще до него добраться, чем до холодного выхода, так как не нужно преодолевать центробежную силу, поэтому туда устремляется значительный расход газа. Этот поток благодаря трению захватывает дополнительный газ, формируя дополнительную циркуляцию в виде возвратного течения (на периферии газ течёт от входа к горячему концу, вблизи оси, наоборот, от горячего конца к холодному).
2. Охлаждение возникает благодаря адиабатическому расширению втекающего потока при его разгоне, при этом тепловая энергия переходит в кинетическую энергию вращения. Однако, такой расширенный поток непосредственно для охлаждения использован быть не может, так как при торможении о препятствие кинетическая энергия превратится обратно в тепло.
3. Нагрев вблизи горячего конца возникает благодаря торможению потока посредством трения с диссипацией энергии вращения в тепло. Трение имеет место как у стенок на пути газа к горячему концу, так и в объёме газа при его центростремительном движении на горячем конце. Без трения сохранение момента импульса привело бы к ещё большему разгону и охлаждению центрального обратного потока, берущего начало у горячего конца, а не к торможению и нагреву.
4. Между горячим и холодным концами возникает эффект тепловой рекуперации (передача тепла от нагретого центрального потока к периферийному охлажденному), создающий условия для теплоизоляции горячего и холодного концов, несмотря на активный массообмен между ними.
5. Возвращающийся от нагретого конца центральный поток благодаря тепловой рекуперации остывает до температуры охлаждённого при расширении периферийного потока. Но при этом его энергия вращения существенно меньше, так как была потеряна у горячего конца. Поэтому при торможении о препятствие он уже не нагреется обратно, как газ у периферии.
6. Трубка Ранка является широко известным, но не единственным примером течения газа, в котором возникает разделение температур. Помимо описанного выше характерного для трубки Ранка эффекта рекуперации, основанного на явлении теплопроводности, известны и другие эффекты, приводящие к разделению потока газа по энергии. Так, например, явление вязкости позволяет трубке тока с более высокой скоростью газа в ней посредством работы силы трения передавать свою механическую энергию более медленным соседним слоям газа, движущимся в том же направлении (только часть механической энергии при этом рассеется в тепло). Данное явление также даёт вклад в разделение газа по энергии в трубке Ранка.
7. Разделение температур подчинено закону сохранения энергии, охлаждение газа на холодном стоке сопровождается нагревом газа на горячем стоке. Суммарная энтропия холодного и горячего истекающих потоков также выше энтропии входящего потока — энтропия зависит не только от температуры газа, но и его плотности, и вырастает здесь за счёт трения, приводящего к потере полного напора. Тем самым, с точки зрения термодинамики, процесс теплового разделения является необратимым и требует наличия перепада давлений.

Конечно, точное количественное объяснение разделения температур до сих пор имеет нерешенные вопросы, так как затрагивает в деталях сложные процессы, такие как турбулентность, нестационарность, различные вторичные эффекты.

82.200.40.96 17:01, 1 сентября 2018 (UTC) D.H.