"Эффект Трещалова", малые ГЭС обсуждение

[mi.shka]

И второй вопрос. На схеме изображен, условно говоря, небольшой водопад с уступа. Как записать уравнения для сечений: в русле и сразу за срезом уступа?

Первая задача, как мне кажется - все как Вы нарисовали: скорость во всей задаче постоянна, уровень воды H одинаков, поток энергии, отнесенный к потоку массы u^2/2+gH тоже одинаков - если только изменения профиля дна/ширины достаточно плавное и медленное (иначе нужно учитывать вертикальную компоненту скорости, центробежную силу и знать конкретный профиль дна) - и что-то дно в конце у Вас подозрительно вверх загнуто, если это не дефект рисунка, то там и бурун какой-нибудь встать может. По поводу второй задачи - не знаю, струйные течения я никогда в жизни не считал и ни опыта, ни интуиции не имею, но могу поискать ответ. Мне кажется, я эту задачу видел, и, кажется, там-то вертикальную компоненту скорости нужно всерьез считать. Вам нужно - или меня на вшивость проверяете? Если второе, то - вшив, не проверяйте.

Добрый день, Игорь.
Давайте начнем с конца и сделаем такую установку: мы ВСЕ (а не только присутствующие) вшивы в смысле понимания и умения адекватно описывать и оценивать природу. Все. И мериться степенью вшивости не будем- это просто глупо. Я много лет изучал поведение потоков и, как говорится, "чем дальше в лес..." тем чаще я откладывал на полку разные учебники по причине явного расхождения между увиденным и измеренным, и тем что "должно быть по учебнику". По большому счету более-менее достоверно "работает" уравнение Торричелли в рамках условий его применимости (небольшое сечение истечения относительно высоты столба), а по-сути уравнение свободного падения, и уравнение Бернулли именно в его изначальном смысле как уравнение давлений в потоке, для условий квазиламинарного течения.
Ну а самые большие "навороты"- в энергетическом анализе состояния потока. Тут уж кто во что горазд, именно из-за ограниченного понимания физических процессов. К тому же очень часто налицо непонимание разницы между понятиями энергия и работа.
У меня есть в этом общении свой интерес- у меня сильно хромает математика. Но, как я успел заметить, у многих сильно хромает физика.
Поэтому надеюсь на взаимоинтересное общение. Поверьте, гидродинамика ничуть не проще КЭД, а не описав адекватно гидродинамические процессы, которые к тому же можно и непосредственно наблюдать, нечего и надеяться понять природу и описать электродинамику. В природе все взаимосвязано и коррелирует на разных уровнях. В космосе все те же "ветра", циклоны с антициклонами, что и в атмосфере. Уверен что и микрокосм построен на этих же принципах.

Теперь вернемся к рисункам. На первом изображен "сжатый" по длине участок русла. Естественно, везде имеются плавные переходы, а правый край дна поднимается, обеспечивая уровень. В целом- это достаточно протяженный участок.
Обратите внимание: даже в беглом анализе, приведенном Вами, отсутствует давление...

Второй рисунок выбран мною именно в показательных целях: сечение на срезе уступа - это место где "исчезает" реакция опоры (дна). Но в нем не может исчезнуть энергия потока.
Мне кажется, рассмотрев тщательнее эти два момента, мы сможем лучше понять что же это такое- энергетический анализ потока жидкости.

[Дмитрий Зотьев]

Итак, пусть поток со скоростью v_1 глубиной H_1 входит в какую-нибудь гидротурбину, а на выходе имеет скорость v_2 и глубину H_2. Тогда для мощности E, извлекаемой из потока с учетом потерь W, имеет место формула:

E+W=\frac{MgH_1}{2}-\frac{MgH_2}{2}+\frac{Mv_1^2}{2}-\frac{Mv_2^2}{2}\quad (A2)

где M - расход воды через сечение потока. Чтобы понять это, достаточно школьного курса физики, г-н Морозов, учебники гидравлики читать не обязательно ))

Рассуждение 1. Пусть масса воды m, рассматриваемая как единое целое, входит в гидротурбину и теряет энергию Q. Поскольку трение не учитывается, других потерь механической энергии у этой массы воды нет. Пусть ее взаимодействие с турбиной длится t сек. Тогда за t сек начальная механическая энергия \frac{mgH_1}{2}+\frac{mv_1^2}{2} уменьшается на Q и достигает значения \frac{mgH_2}{2}+\frac{mv_2^2}{2}, т.е.

Q=\frac{mgH_1}{2}+\frac{mv_1^2}{2}-\frac{mgH_2}{2}-\frac{mv_2^2}{2}\quad (A2)

Делим на t и m и получаем мощность, которую отдает в турбину каждый килограмм воды. Умножая на M, получаем (A2).

Кому и что здесь до сих пор непонятно ? Гидростатическое давление в выводе этой формулы не участвует. Не стоило по этому поводу паясничать ))

Михаил Петрович, а это обязательно - в каждом сообщении повторять огромный рисунок, который закрывает половину ветки ? Сделайте пожалуйста его хотя бы поменьше.

[chernogorov]

По просьбе незарегестрированного участника публикую его пост
[quote author=German link=topic=385795.msg4466225#msg4466225 date=1392806992]
Ну так есс-но, потенциальный напор гидростатического давления переходит в динамический - увеличение скорости как по вертикали, так и по горизонтали. За счёт этого и сечение уменьшается.
Формулы привести ?
Бернуллли рулллит !  O0
[/quote]

[chernogorov]

от себя добавлю что и g*h и v^2 просто численные коэффициенты, после подстановки вместо времени через коэффициент пересчета расстояния и сокращения расстояния.

[Дмитрий Зотьев]

Старая песня от Трещалова )) Здесь у него есть адвокат - Соколов, которому Морозов помогает. А почему не зарегистрировать Трещалова, г-н Морозов ? Если помогать шарлатану - так до конца! Сделайте из форума ФИАН альтернативную помойку, тогда у вас с Соколовым прибавится сторонников ))

P.S. Cечение уменьшается за счет работы разгоняющего колеса! Колесо разгоняет и оно же понижает уровень. Только для этого придется подкачивать в систему энергию извне. Получить ничего не выйдет, и хватит уже морочить людям головы Трещаловскими фантазиями )).

[chernogorov]

Цитирую German
"Второй рисунок выбран мною именно в показательных целях: сечение на срезе уступа - это место где "исчезает" реакция опоры (дна). Но в нем не может исчезнуть энергия потока.
Мне кажется, рассмотрев тщательнее эти два момента, мы сможем лучше понять что же это такое- энергетический анализ потока жидкости.
"

[mi.shka]

Эта тема, которую я открыл для противодействия пропаганде бреда об извлечении потенциальной энергии из свободно текущего потока http://erg.ucoz.org/index/implosion/0-35 , усилиями В.Б. Морозова заливается флудом. Не желая уподобляться Соколову, я не стану апеллировать к администрации сайта по поводу того, что модератор форума активно поддерживает одну из сторон. Уходя от существа спора к личности оппонента и не утруждаясь научной аргументацией! Глумливый флуд со ссылками на учебники таковой не является. Он выглядит особенно неуместным в ситуации, когда Морозов с Соколовым доказывают чепуху. А именно, формулу Трещалова-Соколова для мощности, извлекаемой из потока с переменной скоростью и глубиной.

И все же я хочу еще раз донести до читателей суть этого спора, который изначально стал конфликтом. Он весьма интересен с точки зрения современных особенностей научного сообщества. Каким образом не слишком глубокие ученые и, одновременно, глубоко непорядочные люди надувают свои рейтинги и импакт-факторы? Об этом я выскажусь позднее, а сейчас хочу еще раз пояснить, почему вместо формулы (2) Трещалова-Соколова верной является формула (A2), из-за которой к.ф.-м.н. Соколов из Мичигана развел бурную деятельность не только на этом форуме, но и во властных инстанциях России (см. прилагаемый текст Соколова и мою рецензию на него).

P.S. Вопрос уважаемого Михаила Петровича интересен и флудом не является.

Добрый день, Дмитрий Борисович.
У меня будет к Вам одно предложение: давайте снизим планку эмоционального накала и обсуждение личностей. Сконцентрируемся именно на рассматриваемом физическом вопросе. Решив его, автоматически разрешится и спор по этому вопросу.

Прежде всего хочу отметить: в рассматриваемом очень упрощенном способе анализа потенциальная энергия массы жидкости в гравитационном поле- это ЕДИНСТВЕННЫЙ источник энергии ДЛЯ ПОТОКА.
Это очень важный момент анализа- определение отношений. Поскольку анализировать мы можем только отдельный участок в бесконечной разветвленной цепи взаимоотношений, взаимодействий и преобразований.
То-есть, сама масса жидкости имеет свой источник энергии для движения. В то же время мы можем абстрагироваться от него и рассматривать уже сам поток как источник энергии для других взаимодействий и преобразований с другими физическими телами. И здесь самое главное- не смешать в одну кучу разные отношения, четко определить объект анализа и его состояние.
То-есть, определить что именно мы анализируем, а что хотим узнать по результатам анализа.
Скажем, если мы анализируем состояние потока, то не имеет никакого значения сколько электроэнергии выработает генератор- это предмет совершенно другого анализа. Мы можем анализировать взаимодействие неких тел с потоком (той же турбины) зная точные параметры состояния потока в месте взаимодействия, характеристики турбины, условия взаимодействия, а можем вообще абстрагироваться от турбины полностью, рассматривая только и только величину изменения состояний потока до и после, выразив И ОПРЕДЕЛИВ изменение этих состояний в виде РАБОТЫ потока или над потоком. Тогда нас совершенно не должны занимать никакие давления ни на какие лопатки, тем более что никто и никогда их не видел.
Мы просто эту часть отношений заменяем абстрактной величиной работы А и определяем ее, как разницу состояний.
А- функция.
Е- аргумент.
А=Е₁(+-)Е₂
Величину А мы определяем именно таким способом. Поэтому присовокуплять к ней еще нечто, определенное из других способов анализа категорически нельзя. Получится помесь ежика с ежом.

Дальше. Если в анализ состояния потока включается давление, необходимо также включать ту часть, на что это давление расходуется- иначе мы бы имели ускоряющийся поток Ведь давление- это силовая характеристика. Распределенная сила. Если сила действует на участке пути, а ускорения нет- значит нужно включать в баланс РОВНО ТАКУЮ ЖЕ величину диссипативных потерь. Ровно такую, а не некую гипотетическую букву-символ.
Ну и наконец, определяя давления в потоке нужно же ведь обязательно учитывать состояние потока. Ведь именно для этого дедушка Бернулли и написал свое знаменитое уравнение. И ни в коем случае нельзя рассматривать ПОТОК, применяя к нему численные значения СТАТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ!!!
А я не видел НИ У КОГО учета этого фактора.

Ну и наконец самое главное, с чего нужно было бы начинать анализ,- именно с РАССМОТРЕНИЯ ПРЕДСТАВЛЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ на предмет ее АДЕКВАТНОСТИ.
Потому как анализировать неадекватную физическую модель- это то же самое что подбирать наилучшее решето для просеивания пустого в порожнее.
Что же имеется в качестве физической модели? А имеется явный абсурд: в поток с заданными параметрами помещено некое ПРЕПЯТСТВИЕ, и это препятствие не оказало никакого влияния на сам поток ДО него.
Но, господа хорошие. Такое может быть только в одном случае- если "препятствие" НЕ ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ПОТОКОМ.
Но в таком случае возникает резонный вопрос: а что же "анализируется"?
Замечу- это не тот случай, когда взаимодействием можно пренебречь ввиду его малости. Величина этого взаимодействия- ГЛАВНЫЙ ВОПРОС "АНАЛИЗА"!!! А неизбежное влияние его на поток "до"- вообще исключено из рассмотрения.
В итоге налицо не анализ, а абсурдная смесь рассуждений из не менее абсурдных предположений...

[Дмитрий Зотьев]

Михаил Петрович, в Вашем примере гидростатическое давление мгновенно не исчезает после того, как поток покидает лоток. Оно начинает исчезать снизу к.м.к. Какое-то время уходит на это и, по-видимому, давление снижается еще в лотке, по мере приближения к краю. Здесь нужно аккуратно считать.

Ваше предложение о снижении планки не принимается. После такого хамства, грязи и кляуз от запутавшегося Соколова без эмоций уже не получится. Но с Вами, разумеется, я могу общаться спокойно и доброжелательно )) А что касается идей Трещалова, то с ним давно все ясно и я не собираюсь тратить время на дискуссии о том, что 2*2=4. Насчет абсурдности моих рассуждений решительно не соглашусь. Не берите на себя роль эксперта пожалуйста, пишите по делу что имеете, а просто философствовать не стоит. А то Вы пишите категорические фразы, но пока не выходите за рамки философии.

[ahasheniigor]

Добрый день, Игорь.
Давайте начнем с конца и сделаем такую установку: мы ВСЕ (а не только присутствующие) вшивы в смысле понимания и умения адекватно описывать и оценивать природу. Все. И мериться степенью вшивости не будем- это просто глупо. Я много лет изучал поведение потоков и, как говорится, "чем дальше в лес..." тем чаще я откладывал на полку разные учебники по причине явного расхождения между увиденным и измеренным, и тем что "должно быть по учебнику". По большому счету более-менее достоверно "работает" уравнение Торричелли в рамках условий его применимости (небольшое сечение истечения относительно высоты столба), а по-сути уравнение свободного падения, и уравнение Бернулли именно в его изначальном смысле как уравнение давлений в потоке, для условий квазиламинарного течения.
Ну а самые большие "навороты"- в энергетическом анализе состояния потока. Тут уж кто во что горазд, именно из-за ограниченного понимания физических процессов. К тому же очень часто налицо непонимание разницы между понятиями энергия и работа.
У меня есть в этом общении свой интерес- у меня сильно хромает математика. Но, как я успел заметить, у многих сильно хромает физика.
Поэтому надеюсь на взаимоинтересное общение. Поверьте, гидродинамика ничуть не проще КЭД, а не описав адекватно гидродинамические процессы, которые к тому же можно и непосредственно наблюдать, нечего и надеяться понять природу и описать электродинамику. В природе все взаимосвязано и коррелирует на разных уровнях. В космосе все те же "ветра", циклоны с антициклонами, что и в атмосфере. Уверен что и микрокосм построен на этих же принципах.

Теперь вернемся к рисункам. На первом изображен "сжатый" по длине участок русла. Естественно, везде имеются плавные переходы, а правый край дна поднимается, обеспечивая уровень. В целом- это достаточно протяженный участок.
Обратите внимание: даже в беглом анализе, приведенном Вами, отсутствует давление...

Очень даже присутствует давление. На первом рисунке, очевидно, поток скатывается с горки и за счет уменьшения потенциальной энергии его скорость должна бы расти. Но в то же время он тормозится гидростатическим давлением и за счет работы сил давления его скорость должна бы убывать. Суммарная работа гравитации и сил давления равна нулю, только поэтому скорость потока остается постоянной. А если бы не работа сил давления, поток бы ускорялся - как лыжник, когда с горки едет.
Или, на другом языке, постоянное значение интегралла Бернулли на свободной поверхности постоянного уровня, будет таким же как для придонной трубки тока, в которой убывание высоты h компенсируется нарастанием гидростатического давления P, поэтому и интеграл Бернулли u^2/2+gh+P/\rho, и скорость u для обеих трубок тока одинакова.

Еще раз - это в первом приближении, когда дно меняется очень плавно. Во втором приближении вертикальная скорость потока, заполняющего углубление, требует дополнительной кинетической энергии, во-первых, и из-за центробежной силы вблизи закругленного дна ускорение свободного падения будет иметь эффективно более высокое значение. Кажется, за счет обоих эффектов уровень воды над заглублением пойдет чуть-чуть вниз, в результате учета конечного радиуса закругления дна и конечных углов наклона дна.

А вообще задачей, являющейся предельным случаем Вашей первой, когда поток течет на ямой в дне (только когда размеры ямы малы по сравнению с глубиной) много занимались в 60 годы, в связи с проблемой захоронения жидких радиоактивных отходом, которые тогда собирались (и довольно много таки сделали) хоронить в глубине океанских впадин. На эту тему написано в книге Лаврентьев и Шабат, Проблемы гидродинамики и их математические модели, как пример задачи где долгое время пытались выбрать межде двуми решениями: потенциальное, то есть безвихревое течение, которое затекает во впадину, или решение в виде вихря, который постоянно крутится внутри самой впадины, и обтекается внешним потоком - для двумерной впадины (траншеи). Скорость вымывания отходов в двух случаях была бы сильно разной. В реальности для трехмерной ямы оказалось, что из ямы вырастает вихревой столб, который стоит под углом 45 градусов к потоку, абсолютно неожиданный
режим с очень высоким уровнем вымывания отходов из ямы.

Михаил Петрович, я ответил, как мог, но спокойно замечу: мне не нравится, в каком направлении пошел топик. Почему нужно ставить эту проблему здесь, а не на БФ? Я бы сказал, она абсолютно не по теме.

[mi.shka]

Михаил Петрович, а это обязательно - в каждом сообщении повторять огромный рисунок, который закрывает половину ветки ? Сделайте пожалуйста его хотя бы поменьше.

Извините, пока не знал как отображается размер на форуме и то что ссылки копируются из вторичных постов. Учту.

[mi.shka]

Михаил Петрович, в Вашем примере гидростатическое давление мгновенно не исчезает после того, как поток покидает лоток. Оно начинает исчезать снизу к.м.к. Какое-то время уходит на это и, по-видимому, давление снижается еще в лотке, по мере приближения к краю. Здесь нужно аккуратно считать.

Ваше предложение о снижении планки не принимается. После такого хамства, грязи и кляуз от запутавшегося Соколова без эмоций уже не получится. Но с Вами, разумеется, я могу общаться спокойно и доброжелательно )) А что касается идей Трещалова, то с ним давно все ясно и я не собираюсь тратить время на дискуссии о том, что 2*2=4. Насчет абсурдности моих рассуждений решительно не соглашусь. Не берите на себя роль эксперта пожалуйста, пишите по делу что имеете, а просто философствовать не стоит. А то Вы пишите категорические фразы, но пока не выходите за рамки философии.

Не может создавать реакцию не существующая опора!
Но именно на необходимость очень тщательного анализа и указывает эта картинка. Ведь речь идет ни много ни мало, как об обнаруженном ФИЗИЧЕСКОМ ЭФФЕКТЕ!
При этом сам "эффект" чудесно обнаружен примитивнейшим "теоретическим анализом" на уровне восьмого класса...

PS.
Все-таки попытайтесь укротить эмоции. Они никогда не приносили пользы. Трезвые, спокойные доводы- наилучший и самый действенный аргумент.

[mi.shka]

По просьбе незарегестрированного участника публикую его пост

Ну так есс-но, потенциальный напор гидростатического давления переходит в динамический - увеличение скорости как по вертикали, так и по горизонтали. За счёт этого и сечение уменьшается.
Формулы привести ?
Бернуллли рулллит !  O0

Для того чтобы анализировать конкретные взаимодействия, нужно иметь КОНКРЕТНЫЙ МЕХАНИЗМ. Анализировать взаимодействие потока с абстрактным НАРИСОВАННЫМ квадратиком, "обозначающим" нечто- это идиотизм.
Если нет конкретного механизма, анализируется ТОЛЬКО СОСТОЯНИЯ ПОТОКА "до и после", а из анализа исключаются взаимодействия.
Констатируется только величина неких ИЗМЕНЕНИЙ этих состояний в виде работы с определенным знаком.

[ahasheniigor]

Во второй задаче еще не доходя до среза вода и ее уровень пошла вниз, означая, что гидростатический подпор и давление на дне начали убывать по сравнению со значением, определяемым гидростатическим законом Паскаля. На самом срезе это давление на дне убывает до нуля. Дальше лень.

Михаил Петрович, Герман Владиславович, может на БФ?

[onoochin]

Г-н Соколов,

Вы прям заинтересовали этой двойкой (ее отсутствием в знаменателе).
Судя по рисунку Трещалова, приведенного Зотьевым, поток достаточно удаленный до и после колес имеет одну и ту же скорость. Бурунчик спишем на тепловые потери. Тогда источник работы колес - потенциальная энергия воды за счет разности высот, то есть
$$
\Delta E = \frac{MgH_1}{2}-\frac{MgH_2}{2}
$$
(как в статике - центр тяжести слоя посередине).
У Вас выделяемой энергии в два раза больше. То есть Трещалов в чем-то прав? Извлечь дополнительную энергию возможно?

[ahasheniigor]

Г-н Соколов,

Вы прям заинтересовали этой двойкой (ее отсутствием в знаменателе).
Судя по рисунку Трещалова, приведенного Зотьевым, поток достаточно удаленный до и после колес имеет одну и ту же скорость. Бурунчик спишем на тепловые потери. Тогда источник работы колес - потенциальная энергия воды за счет разности высот, то есть
$$
\Delta E = \frac{MgH_1}{2}-\frac{MgH_2}{2}
$$
(как в статике - центр тяжести слоя посередине).
У Вас выделяемой энергии в два раза больше. То есть Трещалов в чем-то прав? Извлечь дополнительную энергию возможно?

Еще работа сил гидростатического давления - слева давление больше, справа меньше. Дает еще столько же, сколько потенциальная энергия. Валерий Борисович много раз здесь приводил пример, когда вообще одна только разность давлений во входящем и уходящем потоке является источником работы турбины.

Математически - поток энергии в гидродинамике не равен потоку массы умноженному на энергию единицу массы, есть еще член с давлением, ответственный именно за работу сил давления.

Ну или еще, и математически и физически (так это формулируется в "гидравлике") поток энергии равен расходу воды в кубометрах в секунду, умноженному на интеграл Бернулли. Ну в интеграл Бернуули-то,

\rho(gh+u^2/2)+P

, всяко давление входит. И то что для гидростатического давления интеграл Бернулли равен

\rho(gh+u^2/2)+\rho g(H-h)=\rho (g H + u^2/2),

где h - вертикальная координата, а H - уровень свободной поверхности потока, тоже вроде всем ясно, причем от вертикальной координаты значение интеграла Бернулли в однородном потоке не зависит. Так что в конечном счете выражение для интеграла Бернулли уважаемый топикстартер и опровергает неустанно последние 9 месяцев (ребенка за это время родить можно, а прочитать первые шесть параграфов Ландау-Лифшица ну никак). Дискуссию вот теперь организовал в журнале АЭЭ. Действительно, как же выглядит интеграл Бернулли и насколько же мировая научная общественность заинтересована знать мнение журнала по этому поводу, просто ждет не дождется чтобы все учебники переписать и все плотины перестроить.