Почему вода сильнее ветра ?

[vlkamov.livejournal.com]

Ветер, ветер! Ты могуч,
Ты гоняешь стаи туч,
Ты волнуешь сине море,
Всюду веешь на просторе.
...
Отвечает ветер буйный,—
Там за речкой тихоструйной
Есть высокая гора,
В ней глубокая нора

Читал в давние времена в Scientific American, что теоретический предел КПД ветроколеса - 40%, однако недавно прозвучали 60%. Действительно

От этого свойства существенно зависит КПД ветротурбины. Теоретические КПД равны: для первого типа 0,22, для второго – 0,59 (согласно теории Жуковского Бетца).

С другой стороны КПД гидротурбины мало не 100%

Полный кпд гидротурбины h = hг · hm · h0 — отношение полезной мощности, отдаваемой турбинным валом, к мощности пропускаемой через Г. воды. В современной Г. полный кпд равен 0,85—0,92; при благоприятных условиях работы лучших образцов Г. он достигает 0,94—0,95.

Собственно нет отдельной науки для газов и жидкостей, все это гидродинамика, газы и жидкости же в ней грубо различаются сжимаемостью. Но в случае с ветроколесом сжимаемость роли не играет, т.к. в формуле Бетца плотность воздуха фиксированная.

В чем тут дело, отчего разница в КПД ? "Нора", в которую заключен поток воды ?

Comments

[biglebowsky.livejournal.com]

Вот объяснение из Википедии https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%91%D0%B5%D1%86%D0%B0

Своими словами ответ на Ваш вопрос "В чем тут дело, отчего разница в КПД ?".

На малых скоростях воздух считается несжимаемым, разницы между водой и воздухом в свойствах нет. При одинаковом устройстве ветряка и гидротурбины формулы были бы одинаковые.
Однако, устройство не одинаковое.
Если перекрыть плотиной русло реки, ВСЯ вода протечет через гидротурбину.
Если поставить ветряк с некой площадью ометания S, то поток воздуха через турбину будет отнюдь не "скорость воздуха * S". Часть воздуха протечет ВОКРУГ ветроколеса и не примет участия в выработке электроэнергии.

Если мы не перекрываем реку, а просто опускаем в поток воды небольшую (по сравнению с сечением реки) водяную турбинку, то она начинает подчиняться закону Беца. На парусных яхтах иногда использует электрогенераторы, работающие не от ветра, а от скорости яхты относительно воды. То же самое - когда обмакиваем эту турбинку в воду, то она подчиняется закону Беца.

Верно и в другую сторону. Если воздух не может обойти вокруг турбинки (например, направили воздух по шлангу в пневматический гайковерт), то на малых давлениях можно использовать почти всю энергию потока.

И еще . В законе Беца не кпд, а коэффициент использования мощности потока (коэффициент использования энергии ветра).

[vlkamov.livejournal.com]

Спасибо.