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

[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.