Нежность к ревущему зверю

[vlkamov.livejournal.com]

Летят две вороны на дозвуковой скорости:
— Стена!
— Вижу. Шмяк-шмяк.
Летят две вороны на сверхзвуковой скорости:
— Стена! Шмяк.
— Вижу. Шмяк.
Летят две вороны на гиперзвуковой скорости:
Шмяк-шмяк.
— Вижу.
— Стена!

В предыдущем посте
https://engineering-ru.livejournal.com/584777.html
я интересовался к.п.д. ветро- и гидротурбин и получил исчерпывающий ответ:

biglebowsky
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.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).

Догадывался. И это была так сказать прелюдия. Теперь приступим к сути (да, я подлый интриган).

Итак, помещая ветроколесо в трубу или камеру мы поднимаем его коэффициент чуть не до до 100%.
Значит, если без значительных потерь энергии удастся преобразовать поток горячего газа в менее горячий зато с большей скоростью, то его можно направить в большее ветроколесо в трубе и получить на валу ту же мощность что с высокотемпературной газовой турбины.
При этом требования к теплостойкости материалов турбины существенно снижаются.
Не ?

Однако наблюдения за турбостроителями показывают, что они нежно упорно ищут сверхтеплостойкие материалы для турбин относительно небольшого диаметра. Согласен, что задача интересная, а для авиации так и жизненно важная, но на земле, в электростанциях например, не нужны ни малые габариты, ни малый вес, ни способность за секунду сбрасывать и наращивать мощность.

Более того, сопло Лаваль изначально предложил как раз для турбин, и температура Т истекающих из него газов вроде как понижается (красная линия на графике). Есть какие-то фундаментальные причины для любви к горячему ?

Update. Задача не то чтобы решена, но намекнуто весьма информативно:
mopexod:
"Преобразовать сверхзвуковой поток в механическую энгергию эффективно никак не возможно."
- это похоже на искомое препятствие.
Думал о примешивании доп.газа в быструю струю - тоже нет, там смешивание даст явный разогрев.
С другой стороны тангенциальная скорость лопаток м.б. близка к скорости струи, но тут у меня уже воображения не хватает, видимо требуются реальные расчеты.

И отмечу противоречие у себя же:
- система турбина+труба эффективна при скоростях струи много меньше звуковой,
- а из Лаваля выходит сверхзвуковая

Comments

[zepete.livejournal.com]

Это потому-что в турбинах тепловая энергия газа преобразуется в механическую. Если газ сначала расширить и охладить, то значит впустую тепловую энергию потратить:)

[vlkamov.livejournal.com]

Тепловая - в кинетическую. В сопле (пардон) Лаваля именно так и происходит: горячий газ остывает, но приобретает большую скорость. То есть его кинетическая энергия на выходе больше, чем в самом узком месте.

[zepete.livejournal.com]

Подозреваю, что в турбинах это свойство тоже используется, ибо турбина - это гиперболоид.

[zepete.livejournal.com]

Вы не правы оказались. Каждая щель паровой турбины является соплом этого Лаваля:)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Реактивная_турбина
"Реактивная турбина — турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела (напор жидкости, теплоперепад газа или пара) в каналах, образованных лопатками ротора и в которой большая часть потенциальной энергии рабочего тела преобразуется в механическую работу в лопаточных каналах рабочего колеса, как правило, имеющих конфигурацию реактивного сопла.[1] <...>
Принято называть реактивными лишь те турбины, в которых по реактивному принципу в механическую работу переходит не менее 50 % всей преобразованной потенциальной энергии рабочего тела."

[vlkamov.livejournal.com]

Не могу быть неправым, потому как лишь транслирую описание работы упомянутого сопла, тщательно исследованное и просчитанное.

В реактивной турбине энергия делится между вылетающей струей и турбиной. Раз не отказываются и от других конфигураций, значит ее к.п.д. не сильно отличается.

[zepete.livejournal.com]

Все равно ошибаетесь. Как я почитал, любые паровые турбины имеют сопла на входе. Роль сопел выполняют неподвижные лопатки перед вращающимися. Вращающиеся и неподвижные диски чередуются, то есть перед каждым вращающимся диском стоит сопло.

[vlkamov.livejournal.com]

Я где-то писал, что паровые турбины не имеют сопел ? Где у меня вообще про паровые хотя бы ?

В случае неконкретного ответа ветка будет прекращена.

[zepete.livejournal.com]

Про сопла у вас есть.
"Более того, сопло Лаваль изначально предложил как раз для турбин, и температура Т истекающих из него газов вроде как понижается (красная линия на графике). Есть какие-то фундаментальные причины для любви к горячему ?"

Как выяснилось, сопла есть, просто они в самой турбине, что логично.

Любовь к высокой температуре вызвана более фундаментальными законами физики: КПД теплового двигателя пропорциональна разнице температур между входом и выходом. Температура на выходе ограничена температурой среды, ее опустить невозможно, а на входе как раз определяется используемыми материалами. Поэтому все логично. Проектировщики турбин ищут теплостойкие материалы для поднятия КПД.

[lx-photos.livejournal.com]

Сопло может быть далеко не только Лаваля. А и обычное дозвуковое.