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

Re: Кпд

[vlkamov.livejournal.com]

Вообще говоря, когда как. Например, вот вода сбоку втекает:
https://www.tyazhmash.com/f/1/projects/toachi_pilaton/chapparal_turbine_2.png

[aso.livejournal.com]

Там всё равно "сверху" - т.е. гидростатика, а не гидродинамика.
"Гидродинамические" тоже бывают - но это, обычно - мелкие и дял горных рек с высоким скоростным напором.

[aso.livejournal.com]

С учётом того, как организуются там потоки - статические вещи там играют важную роль.
Вообще, там напор водяного столба преобразуется в.

[aso.livejournal.com]

Херовый Вы инженер, значит.
Источником энергии для ГЭС - служит перепад уровней воды между верхним и нижним бьефами, и в норме, что характерно - в процессе работы он практически не меняется.
Водозабор для турбин ГЭС - стараются сделать как можно короче и выводится он максимально низко - с минимальным превышением над впуском в турбину, т.е. потоки воды стараются организовать максимально ламинарными.
И лишь в месте установки турбины - коридор сужается.

P.S. Гидравлика - это практически вся сплошная гидростатика. Гидродинамика - это глиссирующие суда с динамической поддержкой.

[vlkamov.livejournal.com]

"Движенья нет, - сказал мудрец брадатый..." :-)

[john-jack.livejournal.com]

На гидростатике работали поршневые гидродвигатели.

[aso.livejournal.com]

Большинство ГЭС - имеют "плотинную" конструкцию.
А это - именно гидростатический источник энергии.
Именно высота столба воды в верхнем бьефе над нижним - и является источником энергии.
Плотину можно на какое-то время "закрыть" - и энергия воды никуда не денется, вода будет просто накапливаться перед плотиной, повышая уровень водохранилища.
В динамическом эе источнике энергии - у того же ветра - никаких плотин нет и быть не может, и перепад давления - можно получить только за счёт скоростного напора, который "накопить" нельзя.

[john-jack.livejournal.com]

Источник да. Но чтобы превратить потенциальную энергию водохранилища в механическую, воду подают на турбину потоком. Превратив сначала потенциальную энергию давления в кинетическую струи. Только струя может толкать негерметичные лопатки, в отличие от герметичных цилиндров.

[aso.livejournal.com]

Лопатки тоже стремятся сделать "герметичными".
Вообще же, та вода, что движется через турбину - является как-бы рабочим телом, и разгоняется давлением той воды, что остаётся в водохранилище.
И двигаться в процессе работы на турбине - она может как угодно - сверху вниз, горизонтально вбок, снизу вверх (хоть в последнем случае - возможны некоторые потери).

[john-jack.livejournal.com]

У лопаток стремятся уменьшить потери мимо лопаток. Если вал турбины заблокировать, поток свободно пойдёт насквозь. А если заблокировать вал объёмного (поршневого, шестерёнчатого) двигателя, потоку идти будет негде. Это принципиальная разница.

Направление движения не важно ничуть. Важно что рабочее тело движется, с большой скоростью. То есть имеет кинетическую энергию.

[aso.livejournal.com]

Воткакраз в рабочей камере турбины - может меняться и скорость потока, и его направление.
А в подводяще канале - скорость потока может быть весьма умеренной.

[john-jack.livejournal.com]

Не "может", а должна меняться. Иначе энергию из рабочего тела не извлечь.

[pcmag.livejournal.com]

Не суть. Вода сверху перемещается вниз. Энергия пропорциональна весу воды на высоту между верхним и нижним уровнями. Аналогом ветряка будет опускание турбинки с борта яхты, как уже написали в комментах выше. Из-за этого такое различие в энергиях.

[aso.livejournal.com]

Энергия пропорциональна разности уровней между верхним и нижним бьефами - т.е. гидростатическому давлению в месте впуска воды в турбину.
Куда оная вода при этом будет перемещаться - не уть важно. основное давление определяется не той массой воды, которая перемещается.

[lotofvideo (from livejournal.com)]

Да, но в формулах, кроме разности уровней, присутствует расход воды (типа куб/сек). Мне видится аналогия с камнем падающим с высоты. От веса камня энергия ведь зависит?

[aso.livejournal.com]

В условиях ГЭС - перепад уровней, обычно - можно считать постоянным. А расход воды - регулируется "ручками" по желанию - поворотом лопастей рабочего колеса турбины, изменением проходного сечения подводящего канала и/или как-то ещё.

[a-rodionova.livejournal.com]

камень движется под действием силы тяжести, и его скорость увеличивается. Она становится тем больше, чем дольше падает камень, а время зависит от высоты. Но в общем случае, когда на тело действует другая механическая сила или поле (магнитное например) высота вторична, а время первично. Кинетическая энергия зависит от времени действия силы.
Если взять воронку, налить жидкость и позволить ей вытекать, в тоже время возмещая расход жидкости в воронке, то скорость вытекания не изменится никогда, хотя на жидкость в воронке тоже постоянно действует сила тяжести, как на камень. Но жидкость от этого действия силы не ускоряет своего течения. Её кинетическая энергия не зависит от времени действия силы тяжести и не зависит от массы жидкости в воронке. Главное, чтобы высота столба жидкости была одинаковой (в воронках разного объёма). Жидкость лишь преобразует энергию гравитационного поля в механическую, за что, наверное, удачно названа "рабочим телом". Точнее, наверное, сказать, она преобразует силу тяжести в механическую силу - давление, т.к. без "рабочего тела" нельзя заставить силу тяжести воздействовать на турбину. Своей энергии у жидкости нет, и она не учитывается.
Если механическая энергия камня зависит от его массы, то у жидкости - совершенно не зависит (от объёма резервуара), а зависит, повторю, только от высоты столба жидкости. Т.е. статического давления, а оно, давление, является собственно силой тяжести. Убери гравитацию, и поток остановится, и статического давления не будет. А падающий камень будет двигаться и дальше, если гравитация исчезнет, только без ускорения.
Никакой аналогии между камнем и потоком нет.
Вы можете увеличить скорость потока, если уменьшите площадь выходного отверстия, и наоборот. Таким образом вы измените такой параметр, как расход массы в единицу времени. Но приток жидкости в резервуар для поддержания уровня вам изменять не придётся.
Не представляю, как можно видеть аналогию между механическим движением твёрдого тела (или не твёрдого, но тела, например капли) и движением среды - потоком?
У aso просто замечательные коменты.
Водяную турбину можно считать вечным двигателем в том смысле, что гравитация практически постоянная и относительно вечная сила.